Удлинение при растяжении бетона

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.

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.

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

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.

Какие показатели определяют прочность бетона:

Марка – значение средней прочности, обозначается буквой М, находится в пределах 50-1000, зависит от объема и качества цемента в смеси. Отображает прочность на сжатие в кгс/м2 через 28 суток после заливки. Чем больше цифра рядом с индексом, тем более прочным считается бетон и тем дороже он стоит. Высокопрочный раствор обычно более сложен в работе: быстрее застывает, трудно укладывается.
Класс – гарантируемая прочность на сжатие, которую бетонное изделие демонстрирует в 95% проверках, обозначается буквой В, находится в диапазоне 3.5-80, считается в МПа.

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.

Факторы, влияющие на прочность бетона:

Качество цемента в составе – чем более высокая марка самого вяжущего, тем прочнее будет бетон.
Объем цемента в растворе – считается из расчета на 1 кубический метр. Качество и количество цемента взаимосвязаны – при условии большого объема и низкой марки или высокой марки и недостаточного количества результат будет не тем, который ожидается. Готовить нужно по рецепту, указанному в ГОСТе и из цемента подходящей марки.
Объем воды – также напрямую влияет на прочность: недостаточное количество приведет к невозможности правильно уложить смесь, превышение объема способствует более быстрому прохождению процесса гидратации, что делает бетон слабее за счет появляющихся пор и трещин.
Качество заполнителей – форма, фракция, чистота. Наполнители с шероховатой поверхностью неправильной формы обеспечивают лучшую адгезию материалов, входящих в бетон (прочность повышается), грязные частицы и гладкая поверхность понижают сцепляемость и прочность соответственно.

Качество перемешивания компонентов – продолжительность, способ также влияют: если раствор смешивали меньшее время, чем нужно, компоненты не занимают свое место в тесте и прочность понижается.
Порядок укладки, способ обработки стыка после перерыва в укладке – все это влияет на качество и прочность монолита.
Вибрация – очень важный процесс, который повышает предел прочности бетона в среднем на 10-30% в сравнении с тем, что уплотнялся вручную.
Условия твердения – температура, влажность, от чего во многом зависит прочность. Самые высокие показатели у смеси, которая твердеет во влажной среде со средней температурой, а вот в жаре и сухости раствор быстро теряет влагу, может покрываться трещинами. При температуре ниже нуля бетон вообще прекращает твердеть.
Замерзание – если твердение дошло до определенной точки, временное замерзание монолита просто приостанавливает процесс, потом он продолжается без потерь свойств. Если же бетон замерзает на ранней стадии прохождения реакции, конечная прочность существенно понижается.

Основные виды прочности бетона:

Проектная – та, что указана в нормативных документах и предполагает способность монолита полностью выдерживать указанные нагрузки после того, как прошел полный срок твердения (28 суток).
Нормативная – та, что указана в ТУ или ГОСТе.
Фактическая – среднее значение, которое высчитывают по результатам проведенных испытаний.
Требуемая – максимально допустимый показатель для эксплуатации, который устанавливает лаборатория предприятия.
Распалубочная – та, при которой можно демонтировать опалубку, разбирать формы.
Отпускная – показатель, при котором допускается отгружать изделие потребителю.

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.

Формула для подсчета прочности на изгиб: R изг = 0.1 PL / bh2.

Тут:

L – это расстояние между подпорками
Р – масса нагрузки + масса образца
b и h – ширина и высота сечения образца (бруса)

Существенно повысить значение до определенной величины можно с помощью армирования – это сравнительно недорогой и эффективный метод.

Осевое растяжение

Данный параметр при проектировании несущих конструкций, как правило, не учитывается вовсе. Он важен для определения способности бетона не покрываться трещинами в случае резких перепадов температуры/влажности. Растяжение – это некоторая составляющая прочности на изгиб.

Значение осевого растяжения определяется довольно трудно. Один из используемых способов – растяжение образцов балок на предусмотренном для этого специальном оборудования. Бетонный монолит разрушается и от воздействия двух противоположных растягивающих сил. Способность противостоять осевому растяжению играет важную роль в приготовлении бетона, который используется для дорожного покрытия и резервуаров, где трещины просто недопустимы.

Как правило, мелкозернистые составы демонстрируют более высокий показатель прочности на растяжение в сравнении с крупнозернистыми (при условии аналогичного показателя прочности сжатия).

Данный показатель обозначается буквами Bt, находится в диапазоне 0.4-6 МПа.

Передаточная прочность

Данный вид прочности – это нормируемый показатель напряженных элементов при передаче на него напряжения от армирующих деталей. Прочность передаточная указывается в нормативных документах и ТУ для отдельного вида изделий. Обычно назначается минимум 70% проектной марки, напрямую зависит от свойств арматуры.

Рекомендуемым значением считается минимум 15-20 МПа с учетом вида армирования. Если обозначать передаточную прочность, то это показатель, который демонстрирует уровень, при котором армировочные стержни не проскальзывают с кондукторов при снятии.

Минимальная величина Rbp обеспечивает трещиностойкость и прочность изделия при обжатии, перевозке и подъеме. Чем ниже Rbp, тем большими будут потери от ползучести и выше сила обжатия. Но чем выше Rbp, тем длительнее должна быть термообработка, тем дороже обходится конструкция. По опыту многие мастера указывают, что оптимальной Rbp считается 0.7 В.

Методы определения прочности

Понимая, как определить прочность бетона, можно более точно составлять проектную документацию, выполнять расчеты для тех или иных конструкций. Как правило, прочность бетона определяют в условиях лаборатории, с использованием специальных приборов, на контрольных образцах и отобранных пробах. Испытания контролируются и регламентируются по ГОСТу, принятому для того или иного вида бетонной смеси.

Кроме того, прочность бетона определяется на строительном объекте в процессе выполнения работ, что позволяет контролировать качество смеси.

Основных методов определения прочности бетона существует два: разрушающие и неразрушающие. Обычно прочность бетона в промежуточном возрасте не определяется, чаще всего используют уже застывшие образцы или куски монолита.

Разрушающий способ

Данная группа методов требует разрушения опытного образца, который готовится из контрольной пробы бетонного раствора либо же изымается из монолита алмазным буром. Выпиленные цилиндры или залитые кубики раздавливаются под прессом. Нагрузку повышают непрерывно, равномерно в течение не очень длительного времени, пока контрольный образец не разрушится. Результаты критических нагрузок фиксируют, дальше считают показатели.

Разрушающий метод – наиболее точный из всех, используемых для определения прочности бетона. Так, обследование здания способом раздавливания бетонных проб позволяет определить прочность монолита на сжатие. По действующим СНиПам, это обязательная процедура до сдачи сооружения в эксплуатацию.

Неразрушающий способ

Эта группа методов не требует разрушения образцов и вообще может не предполагать их использования. Испытания осуществляют с применением разных инструментов и приборов.

Виды неразрушающих методов исследования по типу применяемых инструментов:

Ударное воздействие
Частичное разрушение
Ультразвуковое обследование

Способ ударного воздействия базируется на применении силового воздействия ударного типа к бетонной поверхности.

Три основных способа исследования прочности ударом:

Упругий отскок – определяется величина отскока от монолита бойка ударника.
Метод ударного импульса – фиксируется сила удара и появляющаяся при этом энергия.
Пластическая деформация – силовое воздействие на бетонный монолит прибором с закрепленными на его ударной поверхности штампов в виде диска или шарика. В соответствии с глубиной отпечатков удара считают прочность.

Частичное разрушение предполагает местное воздействие на бетонный монолит и повреждает его несильно.

Методы частичного разрушения:

Скалыванием – предполагает механическое скользящее воздействие на ребро конструкции с фиксацией усилий, которые провоцируют откалывание участка.
На отрыв – заключается в прикреплении к участку монолита металлического диска на специальный клей, а потом его отрыв. Необходимое для разрушения материала усилие фиксируют, используют для вычислений показателя прочности.
Отрыв со скалыванием – дает больше точности: на участке монолита закрепляют анкерные устройства, потом их отрывают.

Ультразвуковое исследование предполагает использование специального прибора, который выдает ультразвуковые волны. В процессе определяется скорость ультразвука, который проходит через бетонную конструкцию. Таким образом исследуются как поверхность бетона, так и его глубинные слои. Но есть погрешность в расчетах.

Классификация и применение бетонов

Деление бетона на виды достаточно условное. Как правило, легкими считают бетоны марок М10-М200, обычными М250-М400, тяжелыми М450 и выше.

На классы бетон делится не только по прочности, но и по морозостойкости, плотности. Существуют и особые бетоны, используемые для конкретных задач и сфер.

Наиболее распространенные марки бетона и его применение:

М100 – обычно выбирают для подбетонки, различных подготовительных работ, когда важно просто сцепить между собой зерна гравийно-песчаной подушки.
М150 – состав более крепкий, из него делают отмостки, тротуары, цементные стяжки, ЖБИ малого размера.
М200 – популярная марка для произведения работ в частном строительстве, подходит для небольших фундаментов, ненагруженных стен в малоэтажном строительстве.
М250 – актуален для создания лестничных маршей, опорных/несущих конструкций.
М300 – самый популярный бетон в строительстве, используется в любых работах (от создания основания для тяжелых домов до заливки монолитных перекрытий, стен).
М350 – прочный бетон, который подходит для создания конструкций с повышенными нагрузками (балки, колонны и т.д.).
М400 и выше марки применяются для создания особых конструкций специальных объектов – гидротехнические сооружения, военные объекты и т.д.

Виды бетона по плотности:

Легкий (облегченный) – производится с включением в состав пористых заполнителей (туф, пемза, керамзит): крупнопористый, ячеистый бетоны, газо/пенобетон и т.д. Плотность до 1200 кг/м3, используются в малоэтажном строительстве, актуальных для утепления, отличаются сравнительно невысокой прочностью.
Тяжелый бетон – производится с введением в состав горных пород (диабаз, гранит, известняк), плотность равна 1800-2500 кг/м3. Применяется для железобетонных, бетонных конструкций гражданских, промышленных зданий, для создания транспортных и гидротехнических объектов в том числе.
Особо тяжелый бетон – готовится с использованием железной руды, опилок, стружки. Актуальна смесь для строительства специальных объектов, способных противостоять радиоактивному излучению, плотность выше 2500 кг/м3.

Виды бетона по классу морозостойкости:

F15 – подходит для внутренних работ (создание перегородок, заливка пола и т.д.)
F25 – самое малое значение для кладки внешних стен отапливаемых зданий.
F50 и более – подходит для фундамента в регионах со средним морозом.

Водостойкость бетона обозначается буквой W, может варьироваться в пределах W2-W20, говорит о максимальном давлении водяного столба, которое способен выдержать бетон, единицы измерения атм•10-1.

Источник