Пружність бетону

Пружні деформації бетону під навантаженням визначаються модулем пружності. Чим вище модуль пружності, тим менше при даному навантаженні буде відносна деформація. Окрім чинників, пов’язаних з якістю цементного каменя, модуль пружності бетону залежить від вмісту і якості заповнювачів. Бетон можна розглядати як конгломерат з двох компонентів: цементного каменя (розчину) і заповнювача. Кожен з цих компонентів займає в перетині бетону певну частину і бере участь в сприйнятті навантаження. Спробуємо виразити аналітично залежність модуля пружності бетону від модулів пружності його складових, прийнявши спрощені структурні моделі бетону, в тому або іншому вигляді використання поряд дослідників. Якщо міцність заповнювача в бетоні не завжди повністю використовується і, отже, не завжди виявляється, то модуль пружності заповнювача неодмінно відбивається на модулі пружності бетону.

Модуль пружності граніту і подібних до нього гірських порід, часто використовуваних для виробництва крупних заповнювачів, складає близько 50 000 МПа, що в середньому приблизно удвічі вище за модуль пружності частини розчину бетону.  В цього випадку отримали, що модуль пружності звичайного (з крупним заповнювачем) бетону повинен на 32 … 35% перевищувати модуль пружності розчину (дрібнозернистого бетону). Якщо звернутися до СНіП 2.03.01—84, де в результаті узагальнення дослідних даних приведені нормативні значення модулів пружності різних бетонів, то в зіставленні модулів пружності звичайних (важких) і дрібнозернистих бетонів знайдемо підтвердження реальності виконаних розрахунків. Проте гірські породи типу базальтів мають модуль пружності близько 100 000 МПа. Тому модуль пружності бетону на базальтовому щебені вище нормованого і більш відповідає даним. Співвідношення між середньою напругою в компонентах бетону складніше, ніж відношення їх модулів пружності, як це представляється з розгляду простої моделі бетону № 1 і часто враховується. Фізична суть цього розкривається з позицій теорії пружності. Скелет розчину бетону можна представити як середовище з отворами, в які вставлені зерна заповнювача тієї або іншої жорсткості. Ради спрощення завдання розглянемо випадок розтягування (або стискування) смуги з круглим отвором (по відношенню до бетону це означає, що Е3=0) і випадок, коли в такий отвір впаяний абсолютно жорсткий диск. Це підтверджує описане вище уявлення про використовувану міцність заповнювачів: міцність граніту не використовується повністю в бетоні, оскільки він недовантажений (епюра увігнута), а міцність пористих заповнювачів в бетонах надмірно високих марок недовикористання із-за їх відносного перевантаження і передчасного виходу з строю.

Правильність викладених вище за теоретичні положення (С. М. Іцковіч) підтверджується експериментальними дослідженнями, зокрема за допомогою фотопружних покриттів (Ф. Ф. Губін і ін.) і на моделях з тензодатчиками (М. Л. Нісневіч і ін.). Знання закономірностей розподілу напруги при спільній роботі цементного каменя і заповнювачів в бетоні дозволяє підбором відповідних заповнювачів отримувати бетон з необхідними пружними властивостями.


Теґи: