22392

БЕТОН. СТРУКТУРА БЕТОНА. ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ. КЛАССЫ И МАРКИ БЕТОНА. АРМАТУРА. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. АРМАТУРНЫЕ СВАРНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Лекция

Архитектура, проектирование и строительство

СТРУКТУРА БЕТОНА. КЛАССЫ И МАРКИ БЕТОНА. В связи с этим в бетоне со временем прочность нарастает несколько изменяется объем в зависимости от соотношения состава бетона и химического состава цемента происходит усадка или при использовании специальных цементов расширение. По этим полостям и частично капиллярам возможно перемещение влаги и газа в толще бетона.

Русский

2013-08-04

130.03 KB

56 чел.

ЛЕКЦИЯ №1. БЕТОН. СТРУКТУРА БЕТОНА. ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ. КЛАССЫ И МАРКИ БЕТОНА. АРМАТУРА. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. АРМАТУРНЫЕ СВАРНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Бетон. Бетон по структуре представляет собой неоднородный материал, большую часть объема которого занимают инертные заполнители (крупный — щебень или гравий и мелкий — песок), скрепленные в единый монолит с помощью цементного камня, образованного из химически активных составляющих — цемента, воды (химически связанной и свободной).

В цементном камне химические процессы происходят длительное время. В связи с этим в бетоне со временем прочность нарастает, несколько изменяется объем, в зависимости от соотношения состава бетона и химического состава цемента, происходит усадка или (при использовании специальных цементов) расширение.

Бетон не обладает абсолютной плотностью даже при тщательном уплотнении сырой смеси. По условиям удобоукладываемости в него всегда вводят избыточное (сверх необходимого для химической реакции с цементом) количество воды. Избыточная вода, испаряясь, образует капиллярные ходы в цементном камне и полости под зернами крупного заполнителя и стержнями арматуры. По этим полостям и частично капиллярам возможно перемещение влаги и газа в толще бетона. Этим обусловливаются частичные влаго- и газопроницаемость бетона — свойства, которые необходимо принимать во внимание при строительстве объектов транспорта и хранения нефти и газа. Уменьшить пористость можно снижением начального содержания воды в бетонной смеси, наибольшим уплотнением при укладке сырого бетона, введением химически активных добавок, обладающих способностью набухать при увлажнении.

Наиболее важная характеристика механических свойств бетона - сопротивление сжатию. Оно зависит от прочности цементного камня, качества заполнителей, а также от плотности бетона. Прочность цементного камня тем выше, чем выше активность (марка) цемента и ниже водоцементное отношение смеси. Для приготовления тяжелых бетонов  применяют плотные заполнители, более прочные, чем цементный камень. В этих условиях прочность бетона несколько больше в том случае, если поверхность заполнителей шероховата (что улучшает их сцепление с цементным камнем). Поэтому для приготовления бетона щебень предпочтительнее гравия.

В соответствии с действующими нормами сопротивление сжатию бетона определяется на опытных образцах  в форме кубов с ребром 150 мм. Длительность твердения бетонных контрольных образцов для монолитных конструкций принята 28 дней, для сборных - более короткой в зависимости от способа их изготовления и режима твердения. Класс (марка) бетона устанавливается по временному сопротивлению сжатию бетона в мегапаскалях.

Строительными нормами и правилами установлены следующие проектные марки тяжелого бетона по прочности на сжатие: B3.5; B5;B7.5; B10; B12.5; B15; B20; B25; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B60. Кубиковую прочность бетона определяют испытанием на сжатие контрольных образцов стандартных размеров, выдерживаемых при стандартных условиях хранения.

При сжатии начальные размеры кубического образца сокращаются в направлении действующего усилия и увеличиваются в поперечном направлении (рисунок 1.1). Из  испытаний бетона на растяжение установлено, что предельные относительные деформации удлинения бетона в  10—20 раз меньше   предельных   относительных деформаций сжатия. Разрушение сжатого образца происходит вследствие поперечного расширения материала, вызывающего образование трещин. Если деформациям образца в поперечном направлении ничто не препятствует [торцы образцов смазаны (рисунок 1.1, а)], то трещины ориентированы вдоль сжимающего усилия; если поперечное расширение образца стеснено усилиями трения, развивающимися по его торцам [торцы образцов не смазаны (рисунок 1.1, б)], то трещины направлены под углом к действующим усилиям. Во втором случае сопротивление бетона сжатию значительно выше (в 2 - 2,5 раза). Стандартное условие испытания кубических образцов — без смазки торцов.

В образцах-призмах влияние сил трения по торцам уменьшается по мере увеличения отношения высоты призмы к стороне ее основания, при четырехкратной высоте призм и более это влияние несущественно. Опыты показали, что призменная прочность бетона на сжатие на 20—30% ниже кубиковой.

а)

а)

б)

Рисунок 1.1 – Разрушение кубических образцов при сжатии

а) торцы образца смазаны; б) образцы без смазки;

1 – трещины; 2 – смазка;uсокращение образцов вдоль сжимающих усилий;

v – расширение образцов в поперечном направлении

Прочность бетона при осевом растяжении составляет 1/10—1/15 кубиковой  прочности при сжатии. При изгибе бетонных балочных образцов прочность бетона на растяжение примерно на 70% выше его прочности при осевом растяжении.

В СНиП 2.03.01 – 84 «Бетонные и железобетонные конструкции» даны  проектные марки для тяжелого бетона по прочности на осевое растяжение, МПа:Bt0.8, Bt1.2, Bt1.6, Bt2, Bt2.4, Bt2.8, Bt3.2; по средней плотности (кг/м3): тяжелый бетон от D2200 до D2500;легкий бетон от D800 до D2000; поризованный бетон от D800 до D1400;ячеистый от D500 до D1200; по морозостойкостив зависимости от числа выдерживаемых образцами циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии: тяжелый и мелкозернистый бетоны –– F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500; легкий бетон –– F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500; ячеистый и поризированный бетоны –– F15, F25, F35, F50, F75, F100;по водонепроницаемости, в зависимости от давления воды (в кгс/см2), при котором еще не наблюдается просачивание ее через испытуемые образцы: W2, W4, W6, W8, W10 и W12. Эти виды марок предусматриваются для конструкций, находящихся в специфических условиях эксплуатации.

Бетон – неупругий материал. В нем зависимость между напряжениями σ и относительными деформациями ε не линейна (рисунок 1.2). Полные деформации εb

εb

σb

Rb

Рисунок 1.2 – Зависимость между сжимающими напряжениями и деформациями бетона при кратковременном однократном нагружении:

1 – полные упругопластические деформации; 2 – упругие деформации

состоят из упругих (мгновенных, обратимых) εel и пластических (развивающихся во времени, необратимых) εpl деформаций. В условиях однократного кратковременного силового воздействия по мере возрастания напряжений доля пластических деформаций увеличивается.

б)

εппр

а)

С увеличением длительности процесса нагружения t деформации бетона (рисунок 1.3, а): при одном и том же напряжении σ1они тем больше, чем больше t.

Рисунок 1.3 – Графики зависимости «напряжения – деформации» в бетоне:

а) при различной длительности испытаний;

б) при длительном воздействии постоянного напряжения;

Бетону свойственна ползучесть, т. е. самопроизвольное возрастание деформаций при постоянном длительном напряжении материала (рисунок 1.3,б). В конструкциях деформации ползучести постепенно затухают, асимптотически приближаясь к некоторому предельному значению εппр.

Ползучесть бетона обусловлена природой цементного камня; она тем выше, чем больше количество цемента и начальное содержание воды в бетонной смеси, а также чем меньше возраст бетона к моменту приложения нагрузки. Деформации ползучести зависят от уровня напряжений в бетоне: чем выше напряжения в бетоне, тем больше деформации ползучести. Показатели ползучести зависят также от вида цемента, убывая в последовательности: шлакопортландцемент, обычный портландцемент, высокопрочный портландцемент, глиноземистый цемент.

Наиболее интенсивно ползучесть бетона проявляется в первые несколько месяцев после приложения нагрузки, достигая предельного значения εппр через несколько лет: εппр может быть в 2—3 раза больше упругих деформаций. Ползучесть бетона оказывает значительное влияние на напряженное и деформированное состояние железобетонных конструкций.

Упругие свойства бетона оценивают с помощью начального модуля упругости бетона Еb, определяемого из испытаний призм на сжатие по показателям начальной части зависимости σ ε.

Модуль полных деформаций бетона, Е’b описывает полные деформации в бетоне (с учетом ползучести) и является переменной величиной. Описать изменение Е’b аналитически достаточно сложно, а для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем или модулем упругопластичности бетона. Его обозначают также Е’b .Определяется он как тангенс угла наклона секущей в точке на кривой σ ε с заданным напряжением σb. Зависимость между величинами Еb и Е’b определяют на основании рисунка 1.2 из соотношений:

    и     

где    

Коэффициент v отражает соотношение упругой части деформации бетона к ее полной величине. По данным опытов для сжатого бетона значения v изменяются от 1 до 0,15.

Бетон обладает высокой огнестойкостью, способен более длительное время, чем многие строительные материалы, сопротивляться действию огня, обеспечивая несущие и эксплуатационные функции конструкций.

Применение обычного тяжелого бетона возможно и для конструкций, находящихся в условиях систематического воздействия    повышенных   температур порядка 50—200° С. В качестве вяжущего используется портландцемент (шлакопортландцемент), а в качестве заполнителей — граниты, доломиты, сиениты, плотные известняковые и другие породы.

Если конструкция должна работать в условиях длительного воздействия температур выше 200° С, для ее изготовления применяют жаростойкий бетон. В нем в зависимости от степени нагрева в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, портландцемент, жидкое стекло с отвердителями (кремнефтористым натрием, нефелиновым шламом) и с тонкомолотыми добавками (шамотными, магнезитовыми, шлаковыми, зольными и др.). Заполнителями служат хромит, диорит, базальт, диабаз, андезит, шамотный и кирпичный бой, доменный и котельный шлаки.

Бетон весьма долговечный материал. В нормальных условиях его структура и прочность не нарушаются неограниченно долгое время.

В условиях агрессивных сред — газовой (наличие кислых газов в сочетании с повышенной влажностью), жидкой (растворы кислот, щелочей, солей, растворители, масла, растворы сахара), твердых материалов (агрессивная пыль в сочетании с высокой влажностью воздуха, уголь, многие руды, соли, шлаки и т.д.) — бетон преждевременно разрушается.

Стойкость бетона к воздействию агрессивных факторов можно повысить проведением ряда мероприятий, среди которых:

- повышении плотности бетона, что достигается надлежащим подбором его состава, выбором соответствующего вида цемента и метода уплотнения при укладке бетонной смеси;

- снижение фильтрующей способности бетона, что связано с применением бетонов с малым водоцементным отношением и с введением в бетон особых уплотняющих добавок;

- использование специальных кислотостойких вяжущих и заполнителей.

В зависимости от степени агрессивности среды назначают следующие средства защиты конструкций:

- повышение стойкости обычного тяжелого бетона;

- обработку его поверхностного слоя флюатированием, пропитку высокомолекулярными соединениями и т. д.;

- покрытие специальными лаками, красками, эпоксидными смолами;

- устройство химически стойких защитных    покровных слоев  из  керамических плит или пластбетонов на полимерных вяжущих или с полимерными добавками и пропитками.

В промышленно-гражданском строительстве помимо обычного тяжелого бетона применяют также бесцементные бетоны на плотных заполнителях (силикатные, на шлаковых вяжущих, гипсовые), бетоны на пористых заполнителях (керамзите, аглопорите, шлаковой пемзе, перлите, туфах и др.), ячеистые бетоны. Для изоляции газопроводов используют бетоны на пористых заполнителях некоторых разновидностей.

Арматура. Арматура в железобетонных конструкциях предназначена преимущественно для восприятия растягивающих усилий в изгибаемых и растянутых элементах и для усиления сечений сжатых элементов. Необходимое ее количество определяют расчетом на восприятие проектных нагрузок. Эта арматура называется рабочей.

Для восприятия усилий от усадочных и температурных деформаций бетона, монтажных нагрузок, для обеспечения проектного положения арматуры в элементах конструкций и по некоторым другим соображениям ставят монтажную арматуру.

Оба вида арматуры — рабочую и монтажную — объединяют в арматурные изделия — сварные и вязаные сетки и каркасы (плоские и пространственные), которые соответствующим образом размещают в железобетонных элементах (рисунок 1.4).

Стальная арматура для железобетонных конструкций в зависимости от технологии изготовления подразделяется на горячекатаную, стержневую и холоднотянутую проволочную.

Под стержнем подразумевается арматура любого диаметра независимо от того, поставляется она в прутках или мотках. Стержневая арматура, проходящая после прокатки  (в целях упрочнения)  термическую обработку, называется термически упрочненной, а подвергающаяся вытяжке в холодном состоянии упрочненной вытяжкой.

По условиям применения арматуру, подвергаемую предварительному натяжению, называют напрягаемой арматурой.

Рисунок1.4  – Железобетонные элементы и их арматура

а) сетка; б) плоские каркасы; в)пространственный каркас;

1 – плита; 2 – балка; 3 –колонна

В зависимости от характера поверхности арматуры различают арматуру гладкую и периодического профиля, с выступами на стержневой (рисунок 1.5) и вмятинами на проволочной арматуре для лучшего сцепления ее с бетоном.

б)

Стержневая арматурная сталь подразделяется на шесть классов: A-I, A-II, А-Ш и т.д., в зависимости от основных ее механических характеристик (таблица 1) В обозначении класса стали упрочнение ее отмечается дополнительным индексом т (термическое упрочнение, например Ат-V). К каждому классу может принадлежать не одна марка стали, а несколько.

а)

в)

Рисунок 1.5 – Арматура периодического профиля

г)

б)

а)стержневая класса А-П; б)то же, A-III;

в) улучшенный профиль A-IV,А-V;г)холоднодеформированная

В марке стали отражаются главные особенности ее химического состава. Так, в марке 25Г2С первая цифра обозначает содержание углерода в сотых долях процента (0,25%), буква Г, что сталь легирована марганцем, цифра 2 показывает, что его содержание может достигать 2%, а буква С — наличие в стали кремния (силиция). Буква X в марке 20ХГ2Ц обозначает, что сталь легирована хромом.

Стержневая арматура классов A-IV, A-V и всех классов Ат предназначена для применения с предварительным напряжением.

Арматурная проволока подразделяется на два класса: обыкновенная арматурная проволока B-I (холоднотянутая, низкоуглеродистая) и Вр-I (периодического профиля), предназначенная к применению без предварительного напряжения, и высокопрочная арматурная проволока В-II (волоченая, холоднотянутая, углеродистая) и Вр-II (периодического профиля), предназначенная к применению с предварительным напряжением.

Из проволочной арматуры на заводах изготовляют арматурные изделия. Для предварительно-напряженных конструкций используют стальные арматурные канаты классов К-7, К-19 [семи-, девятнадцатипроволочные (рисунок 1.6, а), а также многопрядные класса K×N, где N — число прядей в канате. К проволочным арматурным изделиям относятся также арматурные пучки(рисунок 1.6, б.). Каждый пучок образуется из прямых проволок или прядей, в большинстве случаев расположенных по окружности (что фиксируется постановкой специальных спиралей или «звездочек»), закрепленных по концам в специальных анкерах; проволоки (пряди) впучках размещаются группами с просветами для доступа цементного раствора внутрь пучка. Пучки могут быть однорядными или многорядными.

б)

а)

Рисунок 1.6 – Арматурные изделия:

а) канаты; б) пучки; 1 – семипроволочный канат, вид сбоку;

2,3 – сечения канатов – семипроволочный,  девятнадцатипроволочный;

4 – проволоки пучка; 5 – каналообразователь; 6 – спираль; 7 – коротыш

Механические характеристики арматурных сталей определяются по экспериментальной зависимости между напряжениями σи относительными деформациями ε (рисунок 1.7), получаемыми из испытания образца арматуры на растяжение. Для арматуры с площадкой текучести (рисунок 1.7, а) установлен физический предел текучести σт, МПа, т. е. напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки. Для арматуры без площадки текучести (рисунок 1.7, б) определяется условный предел текучести σ0.2, МПа, т.е. напряжение, при котором остаточная относительная деформация составляет 0,2%.

Предел текучести σт может быть повышен, если арматуру подвергнуть предварительному напряжению до значения σтт и затем отпустить, вследствие чего происходит упрочнение вытяжкой за счет так называемого наклепа стали. При последующих нагружениях сталь деформируется по укороченной диаграмме О'А'В (рисунок 1.7, а) с повышенным пределом текучести.

Временное сопротивление стали σвр, т. е. напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, как и предел текучести,— очень важная характеристика механических свойств стали.

σвр

σ0,2

σ0,02

ε

σ

σвр

σт

σт

б)

Арматурная сталь имеет высокий предел упругости, т.е. такое значение напряжения, выше которого начинаются отклонения от прямо пропорциональной зависимости между напряжениями и деформациями.

а)

Рисунок 1.7 – Диаграммы растяжения арматурной стали:

а) с площадкой текучести;

б) без площадки текучести

Это весьма ценное качество стали, так как позволяет применять предварительное напряжение арматуры большой интенсивности. За предел упругости σ0,02, МПа, условно принимается напряжение, при котором остаточные относительные деформации составляют 0,02%.

Арматурная сталь обладает высокой пластичностью, что предотвращает возможность внезапного (хрупкого) разрушения железобетонных конструкций вследствие разрыва арматуры. Пластичность арматуры характеризуется значением полного относительного удлинения после разрыва δ, % (изменение первоначальной расчетной длины образца, включающей длину шейки разрыва), и значением относительного равномерного удлинения δр, % (изменение первоначальной расчетной длины образца, не включающей длину шейки разрыва). Относительное удлинение после разрыва для арматурной стали классов Α-Ι, А-П, Α-ΙΙΙ равно соответственно 25, 19, 14%, для других классов колеблется в пределах 8—4%.

Сварные сетки  образуются посредством контактной точечной сварки в местах пересечений продольных и поперечных стержней; они бывают рулонные и плоские. Максимальные общие размеры для плоских сеток по ширине B=2,5 м, подлинеL = 9м; для рулонных по ширине В = 3,8 м, по длине определяются массой рулона порядка 100—500 кг (В и L — расстояния между крайними стержнями сеток). Сварные сетки изготовляют из стальной низкоуглеродистой холоднотянутой проволоки класса B-I диаметром 3—5 мм и горячекатаной низколегированной стали класса Α-III периодического профиля диаметром 6—9 мм. В рулонных сетках наибольший диаметр продольных стержней 7 мм. В условном обозначении сетки указываются ее основные параметры: марка t/t1/d/d1 в числителе и общие размеры B×L, в знаменателе.

Сварные каркасы образуются из продольных и поперечных стержней. Их делают плоскими и пространственными.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69466. Сентиментализм и предромантизм 21.64 KB
  Впервые термин «сентиментализм» был объявлен в 60 годы 18 века. Главная категория в сентименталистской эстетике – чувство. Категория чувствительности – основа на философском, этико-эстетическом и эмоциональном уровнях. Философия: Юм – трактат о человеческой природе.
69467. А. Солженицын (1918-2008): судьба, творчество, идеи 26.45 KB
  Как писатель Солженицын начинался в ГУЛАГе. Свои стихи и даже прозу он, не записывая, хранил в самом надежном месте, в собственном мозгу — заучивал наизусть. Диссидент. Ибо все, что он писал, было проникнуто решительным неприятием советской политической системы...
69468. Трифонов Юрий Валентинович 20.21 KB
  Понятие «экзистенциализм» возникло на излете Второй Мировой Войны и связано с внутренним разочарованием в человеке и человечестве. Экзистенциальность как философское направление и экзист как «бытие», которое ставит перед собой «вечные» вопросы, но, так или иначе, они всегда связаны с проблемой смерти.
69469. Проблемы национальных меньшинств 25.82 KB
  Проблемы национальных меньшинств — в том виде, как они предстают перед нами сегодня — с исторической точки зрения очень молоды. Современные проблемы меньшинств берут свое начало непосредственно в национальном государстве: некоторое время тому назад в Европе...
69470. Проблематика Чехова уже есть, тут – эволюция 17.74 KB
  Дерман А.О. « мотивы смешного в мещанской среде, когда перечень литературных штампов в его дебютной вещице был так забавен, — тогда из-под его пера выходили характерно юмористические фигуры: парикмахера, отказавшегося достричь своего клиента после того, как он узнал...
69471. Проза А. П. Чехова: проблематика, концепция человека, специфика повествования, проблема эволюции (на конкретных примерах) 25.35 KB
  Раннее творчество: «Толстый и тонкий», «Хамелеон», «Друзья на охоте» и др. – переработка классич традиции – новая трактовка «маленького человека»: боязнь высших чинов, пиитет перед вышестоящими. Мир изображается изнутри человека.
69473. Уменьшение доли населения экономически развитых стран в мировом населении 24.76 KB
  Общий рост населения идет нарастающими темпами. За длительный исторический период временные отрезки удвоения численности населения сокращаются. В западных странах наиболее высокие темпы прироста населения были в 1760-1820 гг.
69474. «Шестидесячничество» как социокультурный феномен 20.2 KB
  На 60-ые годы 20 века приходится так называемая эпоха «оттепели». Одной из важнейших характеристик литературы этого времени является легализация прозы, то есть, формирование исповедального начала, в рамках которого актуализируются такие жанры, как лирико-исповедальная повесть...