Основные физико–механические свойства бетона, стальной арматуры и железобетона.

Основными физико–механическими свойствами бетона являются его прочность на сжатие и растяжение и его реологические свойства.

Бетоны длятся на классы по осевому растяжению и сжатию.

  Класс – это ряд эталонных чисел на числовой оси, привязанных к прочности на сжатие и растяжение, задаваемых при проектировании с обеспеченностью 0,95 прочностных свойств. Существует класс бетона по прочности на сжатие B по прочности на растяжение  B_{t .}  Значение класса бетона по прочности на сжатие – это значение, полученное при испытании кубов с размерами ребра 150 мм, испытанных в соответствии со стандартами в течение 28 суток при температуре 20 ± 2 ºC с учетом 95% обеспеченности прочностных свойств.

Реологические свойства бетона

Усадка бет – св-во бет. уменьш-ся в объеме при твердении в обычн. воздушн. среде. Зависит от: 1. кол-во и вид цем.: чем > цем, тем > его усадка; 2. кол-во воды: чем > W/C, тем > усадка; 3. крупность заполн-лей: при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка >; при разной крупности зерен и меньшем объеме пустот усадка <; 4. введение гидравлическ добавок и ускорителей твердения: усадка >. Усадка бет. связана с физ-хим. процессами твердения и < объема цем. геля, потери избыточн. воды. Усадка затухает по мере твердения цем. геля и образ-я кристаллов. Усадке препятств. заполн-ли, являющ-ся внутр. связями и вызыв. в цем. камне начальн растягивающ. напряжения. Неравномерное высыхыние приводит к нераномерн усадке => возник. начальн. усадочн. напряж-я => трещины.  Набухание – это увеличение бетона в объеме при твердении его в воде.Процесс набухания бетона намного быстрее усадки. При набухании проникновение воды начинается с поверхности бетона, поэтому объем наружных слоев увеличивается, в то время как объем внутренних слоев увеличиться не успевает. Это вызывает в наружном слое бетона неопасные сжимающие напряжения, которые не учитываются при расчете железобетонных конструкций.  Ползучесть – это свойство бетона, характеризующее нарастание неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях. Деформации ползучести бетона обусловлены его структурными несовершенствами. Абсолютная величина деформаций ползучести зависит от возраста, прочности бетона и его составляющих компонентов, влажности среды.  Ползучесть уменьшается по мере старения бетона, увеличения его прочности, уменьшения водоцементного отношения (В/Ц), увеличения влажности окружающей среды. Скорость деформаций ползучести бетона со временем затухает, асимптотически приближаясь к нулевому значению.

Независимо от класса бетон может обладать другими физическими свойствами определяющимися маркой.

Марка оценивает основные физические свойства бетона (обеспеченность 50%).Выделяют:

1.Марка бетона по морозостойкости F  2. Марка бетона по водонепроницаемости W   3. Марка бетона по средней плотности  D

4. Марка бетона по самонапряжению S_p  

 С физической точки зрения бетон представляет собой капиллярно-пористое тело, в котором резко нарушена сплошность массы и присутствуют все три фазы: твердая, жидкая и газообразная.

Это наделяет бетон упруго-пластично-ползучими свойствами.

физико–механические свойства арматуры:

Мех. св-ва арм. сталей (прочн, деформ-ть, пласт-ть).

1. прочность и деформативность – уст-т по диаграмме, получ. при испытании образцов на растяжение.

горячекатаная арм сталь, им. на диаграмме площадку текучести, обладает значит. удлинением после разрыва (до 25%). Повышение прочности и < удлинения при разрыве достигается введением в ее состав углерода  и легирующих добавок (кремний, марганец, сера, азот). Содержание углерода > 0,5% < пластичность и ухудшает свариваемость. Обычно содерж углерода 0,22-0,24%, легирующ. добавок – 0,6-2%. Повышение прочности горячекатаной арм – термическим упрочнением/холодн деформированием.  Ст переходит в пластич. стадию постепенно, т.е. площадка текуч-ти отсутств. Для них уст-т условн. предел текуч-ти – напряжение σ_0,2, при кот. остаточн деформ-ии сост-т 0,2%, и условн. предел упругости σ_0,02, при кот. остточн деформ-ии = 0,02%.

2. пластичность – арм ст облад. достаточной пластичностью, характеризуем. отн. удлинением при испытании образцов длиной 5d, где d – диаметр стержня, или 100мм. < пластичности м. стать прич. хрупкого разрыва арм. в констр-х под нагр. Полн. отн. удлинение после разрыва δ, % , уст-ся по изм-ю первонач. длины образца, включающ. длину шейки разрыва, а отн. равномерное удлинение после разрыва δр, %, - не вкл. длину шейки разрыва.

Мех. св-ва арм ст (свариваемость, ползучесть, усталостн. разруш, динамич. прочность). 1. свариваемость – хар-ся надежностью соед-я, отсутств. трещин и др. пороков мет в швах. Хорошо сварив-ся горячекатанн, малоуглеродистые, низколегированн арм ст; нельзя сваривать арм. ст, упрочнен термич обработкой или вытяжкой. 2. реологич. св-ва: ползучесть и релаксация. Ползучесть > с > напряжений и > t. Релаксация наблюд-ся в арм ст при неизменн длине или при отсутствии деф-ций; зависит от мех. св-в и хим. состава арм ст, технологии изг-я и усл-й прим-я. 3. усталостн. разрушение – при действии многократно повторяющейся нагр, носит хар-р хрупкого разруш-я; зависит от числа повторений нагр, качества сцепления, наличия трещин в бет растянутой зоны. 4. динамич. прочность – при нагрузках большой интенсивности, действ. на сооруж-е за короткий промежуток времени. При высокой скорости деформир-я происх-т запаздывание пластич. деформ-й. Превышение динамич. предела текучести над пределом текучести при статич. нагружении связ. со временем запаздывания.  Прочность арм. Осн. хар-ка – расчетн сопр-е арм. растяжению Rs (из СП), расчетн. сопр-е арм сж Rsc. При расчете эл-в констр-й расч. сопр-я арм уменьш-т умножением на соотв. коэфф-т усл-й раб γ_si, учит. возможность неполного исп-я прочностных хар-к арм в связи с неравномерным распределением напряжений в сеч-ии, низкой прочности бет, усл-й анкеровки. Знач-е модуля упр-ти Es – из СП.

Свойства совместной работы бетона и арматуры.

Совместная работа бетона и стали в железобетонном элементе возможна благодаря следующим факторам:

1.       бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой, вследствие чего под влиянием действующих на элемент усилии бетон и арматура получают одинаковые по величине деформации (удлинения, укорочения);

2.       коэффициенты линейного расширения стали и бетона по величине очень близки;

3.       бетон служит средой, предохраняющей арматуру от коррозии и непосредственного воздействия огня.

4.       В железобетоне рационально используются механические свойства бетона и стали. Бетон как искусственный камень хорошо сопротивляется сжатию и слабо — растяжению; арматура же хорошо сопротивляется растяжению и сжатию. Поэтому в железобетонных конструкциях, работающих на изгиб и на внецентренное сжатие, в сечениях, которых под воздействием грузки возникают зона сжатия и зона растяжения, бетон, как правило, воспринимает сжимающие усилия, а растягивающие передаются на арматуру, укладываемую в растянутой зоне сечения.