Лекція №4 деформативність бетону
4.1 Несилові деформації бетону.
4.2 Силові деформації бетону: деформації бетону при короткочасній дії навантаження, деформації бетону при тривалій дії навантаження, повзучість бетону, деформації бетону при багаторазово повторюваному навантаженні, граничні деформації бетону, модуль деформацій бетону.
Література: 1, С. 21 – 25.
4.1 Несилові деформації бетону
Під деформативністю твердих тіл розуміють їх здатність змінювати розміри та форму під впливом силових і несилових факторів. Деформації бувають силові, що розвиваються за лінією дії сили, й несилові (об'ємні). Силові деформації поділяють на пружні та пластичні, а також класифікують за часом прикладання навантаження на деформації при: одноразовому короткочасному; тривалій дії; багаторазово прикладеному навантаженні. До несилових деформацій належать усадка, набухання й температурні (вкорочення або подовження) деформації.
Усадка
–
це
зменшення об'єму
бетону під час твердіння його на повітрі.
На неї суттєво впливають кількість
цементу, його вид, W/C відношення,
температурно-вологісний режим, при
якому твердіє бетон, вид заповнювачів.
Відносна деформація усадки
становить (30 – 70)х10-5.
Вільній усадці цементного каменю в
початковий період твердіння бетону
перешкоджають заповнювачі, котрі стають
внутрішніми в'язями
й викликають у цементному камені
початкові напруження розтягу. По мірі
твердіння гелю кристалічні утворення
також виступають у ролі в'язей.
Нерівномірне висихання бетону за об'ємом
призводить до нерівномірної усадки, а
це, в свою чергу, до виникнення початкових
усадкових напружень: розтягу на відкритих
зовнішніх поверхнях зразка, котрі швидко
сохнуть, і стиску у внутрішньому, більш
вологому його об'ємі.
Наслідком початкових напружень розтягу
є усадкові тріщини в бетоні, особливо
на поверхні елементів (рис. 15). Зменшення
усадки, усадкових напружень і розвитку
тріщин можна досягнути як технологічними
(добором гранулометричного складу та
виду заповнювачів із метою зменшення
їх поверхні й об'єму
пустот, а також зменшенням витрат цементу
та W/C співвідношення; збільшенням
щільності бетону; зволоженням відкритої
поверхні його), так і конструктивними
засобами (відповідним армуванням
конструкцій і влаштуванням усадкових
швів у них).
Повна деформація усадки складається із двох компонент
,
(6)
де
– деформація усадки при висиханні,
– деформація внутришньої усадки. Перша
розвивається повільніше, оскільки
залежить від міграції води у бетоні при
його твердінні, більша частина другої
реалізується в перші години після
бетонування та лінійно залежить від
його міцності.
Розвиток деформації усадки при висиханні описується функцією
,
(7)
де
–
коефіцієнт, який залежить від умовного
розміру поперечного перерізу елемента
(
–
площа бетонного перерізу), u
– периметр тієї його частини, що зазнає
висушування (
коливається від 1,0 до 0,7);
,
(8)
де t – вік бетону на момент, що розглядається; ts – вік бетону на початку висихання (як правило, це час завершення догляду за бетоном).
Кінцеве
значення деформації усадки при висиханні
.
Номінальне її початкове значення
(очікуване середнє значення з коефіцієнтом
варіації близько 30 %) може бути прийняте
за нормами залежно від класу бетону та
відносної вологості.
Деформації внутрішньої усадки визначають як
,
(9)
де
,
а
,
тут t
приймається
у добах.
Усадку бетону враховують у деяких розрахунках ЗБК, наприклад, при визначенні втрат попереднього напруження арматури в попередньо напружених конструкціях та розрахунку тріщиностійкості ЗБК.
Рисунок 15 − Усадка бетону: 1 − фрагмент бетонної балки; 2, 3 − поздовжні й поперечні усадкові тріщини; 4 − зовнішній шар; 5 − внутрішній шар; 6 − напруження розтягу
Під час твердіння у воді відбувається набухання бетону – збільшення його об'єму при сильному зволоженні. Ці деформації значно менші від деформацій усадки, та при розрахунках конструкцій їх до уваги не приймають.
Зі збільшенням температури бетон розширюється, зі зменшенням – укорочується. Зазначені деформації характеризують коефіцієнтом лінійної температурної деформації – відносного подовження (вкорочення) зразка при нагріванні (охолодженні) на 1 °С (у межах зміни температури від – 40 до + 50 °С).