Прочностные характеристики бетонных конструкций

Прочностная характеристика цементного камня в действительности значительно ниже, чем её величина, вычисленная теоретически на основе энергии поверхности твердого тела. При этом поверхность должна быть абсолютно однородна и не содержать дефектов. Несовпадение теоретических данных с реальными объясняет теория Гриффитса. Согласно ей, любое твёрдое тело содержит в себе трещины, наличие которых под нагрузкой ведёт к концентрации напряжений в материале. В результате, локально в небольших объёмах образовавшиеся напряжения в краткий промежуток времени могут достигать громадных величин, вследствие чего возникают трещины, при этом среднее значение напряжения по всему образцу останется относительно низким. Образованные трещины разнообразны по размерам и форме и только самые большие из них ведут к окончательному разрушению цементного камня. Таким образом, прочностная характеристика бетона подчиняется вероятностной статистике, а размеры образца только лишь указывают на номинальное напряжение, при котором разрушается бетон. Науке пока неизвестно насколько поры, трещины и другие внутренние дефекты структуры бетона влияют на его прочность. Даже в правильно замешенном в бетоносмесителе и не расслоившемся при укладке бетоне содержатся пустоты в произвольном порядке, а это является достаточным условием для применения теории Гриффитса.

 

Предположительно механизм разрушения цементного камня непосредственно зависит от связей в застывшем бетоне, а также от связей между бетоном и заполнителями. В основе теории Гриффитса лежит допущение, что единица объёма, содержащая самую маленькую трещину, определяет прочностные характеристики всего образца. Таким образом, любой появившийся дефект распространяется по объёму всего участка, где собралось достаточное по величине напряжение. Локальное разрушение материала начинается с какой-либо конкретной точки, концентратора напряжений, также оно определяется условиями в окрестности точки. Однако этих знаний не хватает для того, чтобы правильно спрогнозировать непосредственный процесс разрушения материала. Для полного анализа ситуации необходимо обладать информацией по распределению напряжений в большом объёме вокруг точки, т. к. способность бетона подвергаться различным видам деформации материала, особенно рядом с эпицентром разрушения зависит от внутреннего состояния самого бетона.

 

Именно поэтому при исследовании образцов максимальные фибровые напряжения в самый момент разрушения оказывались выше прочности, подсчитанной для классического растяжения — распространение излома не гасилось окружающим материалом. Если рассматривать весь образец, то различные напряжения, ведущие к разрушению, создаются в разных точках объёма. Невозможно измерить прочность образца, не изменив при этом, величины других напряжений в объёме образца. Принимая в расчёт теорию Гриффитса о том, что эталоном прочности в некотором объёме бетона служит минимально прочный его элемент, то решение задачи сводится к нахождению «слабого звена цепи». «Цепное» решение задачи несёт в себе некоторую долю погрешности, т. к. в бетоне звенья расположены как последовательно, так и параллельно. Однако полученное решение даст представление о порядке цифр, из чего, в свою очередь, следует, что прочность бетона не может однозначно характеризоваться одной лишь средней величиной. Необходимо указывать возможные вариации прочностной характеристики, а также величину и форму исследуемых образцов на бетонном заводе.