Особенности деформации бетона при нагрузке

Как при изготовлении, затем, строительстве объекта, используя специальное оборудование для бетонных работ, так и при последующей эксплуатации зданий не возможно избежать нагрузок на бетон или бетонные поверхности. Упруго-пластические свойства бетона могут характеризоваться: а) величиной деформаций, которая возникает в бетоне под действием приложенной нагрузки, в зависимости от ее величины и длительности воздействия; б) предельной величиной пластических деформаций, в результате которых бетон разрушается, или, как принято называть, предельной сжимаемостью и предельной растяжимостью бетона. Бетон является упруго-пластичным материалом, он прекрасно заполняет металлоформы и опалубочные системы, но он не обладает совершенными упругими свойствами. Упругость бетона, изменяющаяся по линейному закону Гука, может быть обнаружена только при мгновенном измерении деформации непосредственно после приложения нагрузки. При некоторой длительности действия этой же нагрузки в бетоне возникают пластические деформации (ползучесть бетона). Таким образом, если нагрузка не снимается сразу после ее приложения, полная деформация бетона, замеренная через некоторое время после приложения нагрузки, слагается из упругой и пластической деформаций. Характеристикой деформативности бетона является модуль деформации (по аналогии с модулем упругости для материалов с совершенными упругими свойствами). Зная модуль деформации бетона и величину напряжения, возникающего в бетоне под действием нагрузки, можно определить величину деформации данного бетона.

 

Однако модуль деформации зависит не только от прочности бетона (как модуль упругости), но и от величины и длительности приложения нагрузки (учитывая свойство ползучести). Так как для бетона линейная зависимость деформаций и напряжений превращается в криволинейную, то можно говорить о каком-то среднем значении модуля деформации данного бетона. Кроме того, на модуль деформации бетона при прочих равных условиях влияет модуль деформации цементного камня. Последний в свою очередь зависит от структуры цементного камня, а также от состава бетона, водоцементного отношения, вида и размера добавок в бетоне. В соответствии с теорией А. Е. Шейкина кристаллический сросток в цементном камне, как структурная составляющая, отличается повышенной прочностью и более совершенными упругими свойствами, в то время как гелиевая структурная составляющая способна лишь к пластическим деформациям. В зависимости от количественного соотношения этих составляющих и изменяются упруго-пластические свойства бетона, тесно связанные с ползучестью бетона. Деформация ползучести вызывается происходящим во времени перераспределением усилий между структурными составляющими цементного камня. По мере упрочнения гелиевой составляющей деформация ползучести затухает. Кривая роста деформации ползучести аналогична кривой роста прочности во времени, т. е. она пропорциональна логарифму времени.

 

Мгновенный модуль упругости бетона зависит от возраста, активности цемента, водоцементного отношения и пр. Для практических целей модуль при сжатии Еб можно определить по следующей формуле: Еб = 1 000 000/(1,7 + 360/ R28), где R28 - марка бетона. Стальная арматура в  металлоконструкциях уменьшает пластические деформации ползучести и усадки. Предельно возможные деформации бетона, как материала неупругого, весьма малы, причем размер их зависит от вида деформации. Так, предельная сжимаемость обычного бетона колеблется от 1,5 до 3,0 мм/м, в зависимости от пластических свойств данного бетона, после этого бетон разрушается. Сжимаемость бетона в сжатой зоне изгибаемых элементов в момент разрушения может быть в 2 - 3 раза выше замеренной на призмах. При медленном приложении нагрузки и длительном ее выдерживании сжимаемость бетона несколько выше, чем при быстром и кратковременном приложении той же нагрузки. Предельная растяжимость бетона, после которой появляются трещины, колеблется в пределах от 0,1 - 0,15 мм/пог. м, т. е. она примерно в 10 - 20 раз меньше предельной сжимаемости. Однако в эти показатели растяжимости необходимо ввести поправки, которые свидетельствуют о значительно большей возможной величине предельной растяжимости бетона: так, например, в случае, когда бетон прочно связан с упругими элементами, обладающими высокой степенью растяжимости, и деформируется совместно с ними, предельная растяжимость бетона повышается.