Нормативная прочность бетона на растяжение
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
- Класс бетона по прочности на осевое растяжение
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].
Фактический класс бетона по прочности -значение класса бетона по прочности монолитных конструкций, рассчитанное по результатам определения фактической прочности бетона и ее однородности в контролируемой партии [п.3.1.3 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.
Источник
Любая бетонная конструкция должна переносить определенные в технической документации нагрузки в течение длительного времени без разрушений. В строительных проектах указываются основные характеристики, к которым относятся плотность, показатели расчетного сопротивления бетона, морозоустойчивость, водонепроницаемость. Проблема состоит в том, что даже самый качественный бетон неоднороден. Элементы имеют различные геометрические размеры и сечения, поэтому разные участки сооружения могут иметь неодинаковые свойства. Для уточнения характеристик материала вводится методика вычисления прочности.
Что такое расчетное сопротивление?
Расчетное сопротивление бетонной смеси – характеристика отражающая свойство материала противостоять внешним механическим нагрузкам. Его применяют при проектировании зданий и сооружений. Данный показатель получают из нормативных значений противодействия конкретной марки раствора делением на специальный коэффициент.
Этот коэффициент, применяемый для вычисления расчетного сопротивления бетона на сжатие обозначается γb и может принимать значения:
- 1,3 – для максимальных возможных величин по несущей способности;
- 1 – для максимальных значений по пригодности к эксплуатации.
Коэффициенты надежности материала при механическом растяжении обозначаются γbt, они могут быть равны:
- 1,5 – для максимальных показателей несущей способности во время определения класса на сжатие;
- 1,3 – для максимальных значений несущей способности на осевое растяжение;
- 1 – для максимальных величин по пригодности к эксплуатации.
Классы бетонов обозначаются от В10 до В60, значения их нормативного противодействия приводятся в специальных таблицах.
Как получить расчетное сопротивление?
Для получения расчетного сопротивления бетона по осевому сжатию определяется класс материала, из таблицы берутся его нормативные данные и производится вычисление по формуле:
Rb=Rbn/γb,
где Rb – расчетные данные на осевое сжатие, множитель Rbn – нормативные , γb – коэффициент.
Аналогично рассчитывают расчетное сопротивление бетона осевому растяжению:
Rbt=Rbtn/γbt,
где Rbt – расчетные значения на осевое растяжение, множитель Rbtn – нормативные показатели на растяжение, γbt – коэффициент для растяжения.
Учитывая условия, в которых будут эксплуатироваться бетонные конструкции, вводятся и другие коэффициенты γbi, учитывающие эти особенности:
- для непродолжительных статических нагрузок 1;
- для длительных статических нагрузок 0,9;
- элементы, заливаемые вертикально 0,9;
- коэффициенты, отражающие климатические особенности, назначение сооружения, площадь сечения указываются в документации отдельно.
Нормативное сопротивление
До 2001 года единственной характеристикой бетона указывающей на противодействие механической силе, считалась марка, обозначавшаяся буквой «М». Теперь, согласно СНиП 2.03.01 введена другая характеристика, так называемый класс прочности, обозначающаяся буквой «В». Для определения свойств железобетонных и бетонных конструкций были предложены нормативы, согласно СП 52-101-2003.
Для определения класса раствор заливают в куб с ребром 150 мм. Уплотняют его в форме и дают полностью затвердеть при температуре 18-20ºС в течение 28 суток. После этого образец поступает на испытание, и разрушается на специальном прессе. Сопротивление бетона осевой нагрузке, выраженное в МПа и является свойством, по которому определяется данная характеристика. Иногда для определения класса берется призменный образец, высота которого в четыре раза больше ребра основания.
Дополнительно образец подвергается проверке на осевое растяжение, который тоже необходимо учитывать при проведении вычислений.
При правильном определении класса не требуется делать дополнительных испытаний, поскольку они уже занесены в специализированные таблицы.
Используя эти таблицы можно, имея данные на сжатие, сразу определить показатели и на растяжение. По ним ясно видно – этот параметр для любого бетона на растяжение гораздо меньше, чем на сжатие, это обязательно учитывается при проектировании.
Эти параметры для различного класса прочности сводятся в специальную таблицу. Значения могут меняться в зависимости от условий определяемых соответствующими коэффициентами:
Из таблицы видно, что расчетное значение ниже нормативного, поскольку учитывает сторонние факторы, тип воздействия на бетонную конструкцию, возможную неоднородность материала, центр тяжести контура.
При определении противодействия бетона силовому воздействию учитывается его деформация. Для этого берется начальный параметр данной величины и делится на коэффициент, включающий в себя ползучесть, а также поперечную деформацию массива, его температурную деформацию в диапазоне -40 — +50ºС. При вычислении свойств напряженно деформированного элемента используют специальные диаграммы, демонстрирующие предельную нагрузку в зависимости от сечений и расположения детали и вида материала. Эта методика позволяет рассчитывать факторы, приводящие к появлению трещин.
График Зависимости напряжений от деформаций
При определении характеристик железобетонных конструкций применяют методику моделирования наклонных сечений. Учитывается толщина и тип арматуры, отдельно рассчитывается ее прочность.
Заключение
Сопротивление бетона рассчитывается в зависимости от действия на него различных сил, которые могут быть сжимающими, поперечными, изгибающими, а также под местным сжатием. Для внецентренно сжатых и растянутых элементов, находящихся под изгибом, момент рассчитывается для сечений, перпендикулярных их продольной оси.
Для элементов с сечениями в виде прямоугольника, квадрата или тавра применяются формулы, предельной нагрузки каждого элемента, для других сечений используются специальные нелинейные диаграммы.
Расчетное сопротивление позволит подобрать класс прочности и марку этого материала для получения оптимальных эксплуатационных свойств массива, элемента или детали. В отличие от нормативных показателей, данные учитывают геометрические особенности, условия эксплуатации, виды деформаций. Вводятся коэффициенты надежности по бетону, разновидности используемой арматуры и другие характеристики, влияющие на конечную прочность зданий и сооружений, где применяется литой бетон или конструктивные элементы из этого материла.
Источник
Бетон используется во всех отраслях строительства. Обусловлено это высокой прочностью материала. Однако он также может иметь некоторые недостатки. Показатель прочности при сжатии у бетона один из самых высоких среди аналогичных материалов, а вот прочность на растяжении или при изгибе значительно уступает. На самом деле узнать свойства бетона крайне сложно, зная только вычислительные величины и соотношение отдельно взятых компонентов. Поэтому существует целый ряд методов и приёмов испытаний бетона на изгиб. Поговорим отдельно про каждый из них.
Как проводится испытание бетона на изгиб
Как правило, бетон не используется для работы на растяжение, тем не менее крайне важно знать его показатель предельной величины прочности на растяжение. Это стоит делать для того, что знать нагрузку, при которой возможно образование трещин, так как отсутствие подобной деформации необходимо для сохранения целостности конструкции и предупреждения разложения и коррозии. Трещины могут возникать при использовании высокопрочной арматуры из стали или при действии сдвигающей силы при диагональных напряжениях. Однако самой частой причиной возникновения щелей становится перепады температуры и усадка здания. В большинстве случаев при проектировании не принимается во внимание прочность бетона на растяжении, хотя данный показатель позволяет понять поведение конструкции в будущем.
Прямое приложение силы растяжения без числовой характеристики конического сечения (степень отклонения от окружности) создать крайне сложно, т.к. возможно воздействие вторичного напряжения забетонированными стержнями. Поэтому из-за таких проблем прочность бетона на растяжение измеряется путем изгиба прямого бетонного бруса без армирования. Максимальное значение растягивающего напряжения, которое образуется в нижних нитях испытуемой части, называется предел прочности на изгибе. Теоретический показатель вполне оправданно применим, т.к. напряжение взаимозависимо расстоянию от нейтральной оси.
График распределения величины нагрузки на бетон (которая предельно близка к разрушению) не является треугольным. Поэтому предел прочности на самом изгибе выше прочности на растяжение и обладает превышенным значением прочности, которое могло бы получиться при прямом растяжении испытуемых бетонных частей. Однако испытание оказывается весьма полезным, например, при конструировании дорожных плит и взлетно-посадочных полос в аэропортах, потому что напряжение не является в данных случаях критической определяющей.
Проверка качества бетона при изгибе и растяжении
Возможность бетона выдерживать нагрузки и не трескаться определяется значением растяжения. Данный показатель важен для железобетонной конструкции с целью исключения образования коррозии и увеличения эксплуатационного периода. Именно для этого и проводится испытание бетона на растяжение. На самом деле сгенерировать нужную растягивающую силу крайне сложно, поэтому зачастую во время испытаний используется брус без армирования в качестве испытательного пресса. Определяющим в данной ситуации является показатель растяжения в нижних волокнах. Это и станет пределом прочности на изгибе. Можно отметить, что более точным будет именно показатель изгиба, а не растяжение.
Максимальный показатель прочности на изгиб определяется несколькими факторами: параметры испытуемой части и условия подаваемой нагрузки. Существует две нагрузочные системы:
симметричная. Создается константный изгиб между 2-мя отдельно взятыми точками;
центральная. Образуется в середине пролета.
Метод симметрии позволяет определить более слабое место, где в будущем возможно образование трещин.
Определение прочности бетона на осевое растяжение
Основными предпосылками для испытания бетона на осевое растяжение выступают использование в перекрытиях и основаниях конструкционного бетона, а также использование гидротехнического раствора. Прочность определяется величиной сопротивления растяжению на оси или прочности на осевом растяжении. Обозначается сочетанием букв «Rt» и определяется по методике ГОСТ 10180-2012. Основные постулаты испытаний сохраняются, т.к. они аналогичны указанным параметрам во второй части десятого пункта.
Чтобы определить прочность на осевом растяжении, используются стандартные образцы 8-ки в 3-х вариантах. Рабочее сечение равняется 10*10 см и 15*15 см (это базовый экземпляр), а также 20*20 см.
Основная аппаратура
Для испытательных мероприятий используется разрывная машина и дополнительные приборы, которые указаны в ГОСТах в пункте 10 часть 2.
Алгоритм проведения испытаний
Выбранный образец крепится таким образом: ось образца должна проходить в центре каждого из захватов. Нагрузка подается постоянно с усилием (до полного уничтожения образца), равным показателю 52 кПа/с.
Сопротивление бетона растяжению можно вычислить по определенной формуле: .ФОРМУЛЫ НЕТ
В данном случае «β» является основным коэффициентом для экземпляров на осевое растяжение, он равен единице от начального размера. Для остальных случаев значение определяется экспериментальным способом. Все остальные показатели являются идентичными тем, что представлены в формуле.
Прочность бетона на изгиб
В большинстве случаев устойчивость к изгибу будет меньше показателя на сжатие практически в десять раз (при условии, что возраст бетона составляет 28 дней). Низкое значение обусловлено наличием трещин в нижней части структуры. По этой причине все железобетонные элементы оснащаются специальной арматурой ребристой формы, которая используется при возведении фундамента.
В случае испытания бетона могут использоваться различные параметры, однако особое внимание должно уделяться прочности на изгиб. Предел данного значения напрямую зависит от нескольких параметров: размера балки и уровня нагрузки. Узнать данный показатель можно по специальным методикам, которые мы приведем ниже.
Методика испытаний бетона на изгиб
Как правило, все операции проводятся с балками, которые должны иметь стандартные значения. Это в значительной степени снизит показатель погрешности и исключит вероятность ошибок в вычислениях всех данных. Линейный элемент подвергается испытанию с помощью прикладывания некоторых усилий в третьей части пролета. Для этого надо прибегнуть к использованию специализированного гидравлического оборудования. Для чего это надо? Такая техника позволит добиться сильного показателя давления, которое способно разрушить экземпляр. Это значение и станет определяющим показателем прочности конструкции на изгиб.
Стоит иметь в виду, что данная величина всегда будет меньше в сравнении с вертикальным сдавливанием. Показатель прочности важен для использования дорожных плит, т.е. для тех строений, на которых давление оказывается горизонтальным (или используются дополнительные воздействия), а не вертикальным способом. На сегодняшний день существует конкретная классификация моделей бетона, соответствующего стандартам М5-М50. Шаг равен пяти единицам (это также стоит учитывать). Важно отметить, что на практике значение давления не должно превышать 6 Мпа.
Как мы указывали выше, этот показатель является низким даже для самых устойчивых типов раствора. Такое положение дел обусловлено конструктивными особенностями бетона. Самым эффективным способом улучшения показателя считается использование каркасной основы. Как правило, это арматура, части которой соединены между собой. Металлические составляющие должны иметь рифленую поверхность за счет чего в несколько раз увеличивается коэффициент сцепления. Поэтому изгиб менее подвержен механическому воздействию и не разрушается так быстро. В большинстве случаев используется металлическая основа, но допустимы и другие варианты.
Важным моментом выступает тот факт, что показатель прочности может меняться в течение всего эксплуатационного периода конструкции. Для тех, кто хочет детальнее ознакомиться с измерением данного параметра стоит изучить специализированный государственный стандарт, который называется «ГОСТ 310.4-81». Именно в нем подробно указаны все предельно допустимые параметры и технологии измерений значений изгиба и растяжения бетонных конструкций.
Подготовка к испытаниям
Для проведения всех испытаний лицо, ответственное за мероприятие, должно подготовить несколько образцов, которые выполняются в форме брусков. Размер должны быть следующие (значение указано в метрах):
0,2*0,2*0,8;
0,1*0,10*0,4;
0,15*0,15*0,6 (такой показатель является оптимальным для исследования).
В случае использования брусков других размеров к ним применяются масштабные коэффициенты, которые способны привести к эталону (вариант №3). Однако такие размеры имеют увеличенный вес, что в значительной степени добавляет сложности в проведении испытания.
Изготовление элементов
В период заполнения специальных форм бетонным раствором специалист должен провести армирование штыковым способом с помощью металлического стержня. Делается это для максимального уплотнения смеси. Формы должны полностью высохнуть. Отметим, что для окончательного схватывания требуется от 24 до 48 ч.
После затвердевания форм их необходимо раскрыть и полностью избавить от защитных элементов. Поверхность каждого элемента маркируется: указывается класс бетона, дата формирования, использования специальные примеси и прочие характеристики.
Хранение форм
После затвердения все элементы укладываются в лабораторный шкаф, где они должны пролежать 28 дней в абсолютно нормальных условиях. Это значит, что температура воздуха не должна превышать 20 градусов по Цельсию, а влажность 90%. В процессе хранения каждую форму поливают один раз в сутки (можно укладывать рядом увлажнённые опилки).
Испытания деталей
По истечении двадцати восьми дней лаборант достает бетонные формы и готовит их к определению прочности бетона на изгиб или растяжение. Для таких целей используется гидравлический пресс. На часть, расположенную внизу, устанавливается оборудование с двумя специальными опорами в форме ½ валиков с расстоянием между ними в 30 см. Сверху также должны присутствовать 2 опоры, установленные в центре элемента. На нижних опорах монтируется экспериментальный образец.
Затем на бетон подается нагрузка, которая распределяется равномерно, в центре давление обеспечивается за счет верхних валиков. На этапе разламывания образца пресс должен остановиться, а специалист фиксирует значение нагрузки в своем предельном максимуме. По формуле, приведённой выше, рассчитывается показатель прочности конструкции (обязательно учитывается конкретный вес, размер и выявленное в ходе испытание значение экземпляра). В качестве окончательного результата используется средний показатель 3-х вариантов формы. Все данные вносятся и протоколируются в специальном журнале.
Заключение
В данном материале мы рассмотрели все особенности и нюансы испытания бетона на растяжение и изгиб. Результаты, полученные в ходе исследований, являются абсолютно верными. Все представленные формулы можно смело использовать в своих экспериментах.
Ссылка на статью https://burosi.ru/ispitanie-betona-na-izgib-i-rastyajenie
Строительная лаборатория ООО “Бюро “Строительные исследования” занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве
Основная специализация лаборатории:
Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:
1. Заполнив форму на нашем сайте https://burosi.ru/
2. По телефонам:
+7(812)386-11-75 — главный офис в Санкт-Петербурге
+7(965)006-94-59 (WhatsApp, Telegramm) — отдел по работе с клиентами Санкт-Петербург и Москва
3. Написать нам на почту
4. А также в комментариях к публикации.
Подписывайтесь на наши социальные сети и YouTube канал, там много интересной информации и лайфхаков.
Источник