Види деформацій. Під деформативність бетону розуміється изме-ня його форми і розмірів під впливом різних впливів (в тому числі в результаті взаємодії бетону з зовнішнім середовищем).
Бетон є пружно-пластичним матеріалом, в якому, на-чіная з малих напруг, крім пружних деформацій (ee), появля-ються і непружні залишкові або пластичні (epl), тобто повна дефор-мація (eb) без урахування усадки дорівнює:
У бетоні розрізняють деформації двох основних видів: обсяг-ні, що розвиваються в усіх напрямках під впливом усадки або зміни температури, і силові, що розвиваються головним чином в напрямку дії сил. Силовим поздовжнім деформацій також відповідають деякі поперечні деформації бетону; початковий коефіцієнт поперечної деформації бетону v дорівнює 0,2 (коефіцієнт Пуассона). Причому v залишається практично по-стояти аж до напружень. При цьому відносна поздовжня деформація буде, апоперечная деформація.
Силові деформації в залежності від характеру прикладення навантаження і тривалості її дії підрозділяються на наступні три види:
- при одноразовому первинному завантаженні короткочасної на-вантаженням;
- при тривалій дії навантаження;
- при багаторазовому циклічному дії навантаження.
Найбільший практичний інтерес представляють поздовжні деформації бетону при осьовому стисненні. Для вивчення деформативності бетону при стисканні використовують бетонні призми з h / a = 4, щоб виключити вплив на одержувані результати сил тертя, що виникають між опорними гранями зразка і плитами преса. На бічні грані призм в середній їх частині по висоті встанов-вают прилади для виміру деформацій (рис. 12, а) або наклеюють електротензодатчікі.
Навантаження до призмі прикладається поступово по етапах або сходами (ступінь зазвичай становить 1/10. 1/20 від очікуваної раз-Руша навантаження). Якщо деформації на кожному ступені прило-вання навантаження заміряти двічі: перший раз відразу після додатку-ня навантаження і вдруге через деякий час після витримки під навантаженням (зазвичай близько 5 хвилин), то на діаграмі підлозі-чим ступінчасту лінію, зображену на рис. 12, б. Деформації, виміряні одразу після прикладання навантаження, пружні і пов'язані з напругою лінійним законом, а деформації, розвиваючі-ся за час витримки під навантаженням, не пружні і на діаграмі мають вигляд горизонтальних майданчиків. При досить біль-шом числі ступенів завантаження залежність між напруженнями і деформаціями може зображуватися плавною кривою (рис. 12, б).
Деформації бетону при одноразовому первинному завантаженні короткочасної навантаженням. Тривалість завантаження зазвичай не перевищує 60 хвилин. Діаграма для цього випадку показана на рис. 13.
Ступінь її криволінійності залежить від тривалості дії навантаження, рівня напруг і класу бетону, т. Е..
У зв'язку з цим доцільно виділити вихідні (еталонні) діаграми, отримані на стандартних призмах, які долають швидкістю зростання деформацій 2%, а потім вже переходити до кор-ректіровке (трансформування) діаграм. Така швидкість изме-нения деформацій дозволяє досягати вершини діаграми при-мірно за 1 годину.
Якщо у міру падіння опору бетону вдається в тій же мірі знижувати навантаження, то може бути отримано спадний ділянку діаграми. Знати як працює бетон на цій ділянці важливо для ряду конструкцій і видів навантаження.
Повна відносна деформація при одноразовому завантаженні бетонної призми короткочасно прикладеної навантаженням без урахування усадки бетону дорівнює. тобто вона складається з пружної частини, що дорівнює і неупру-гой. яка після зняття навантаження практично не зникає. Точніше невелика частка непружних деформацій (близько 10%) протягом деякого часу після розвантаження зникає. Ця частина пластичної деформації називається деформацією пружно-го післядії # 949; єр. Крім того, зникає пружна складова пластичної деформації # 949; е1, що характеризує оборотне сплю-щування пустот цементного каменю. Таким чином, після розвантаження бетону остаточно залишається залишкова деформація, що виникає-щая через незворотного сплющивания пустот цементного каменю і зламу їх стінок # 949; рl1 (рис. 13). R2 - напруга в момент, перед-ходи початку інтенсивного руйнування бетону (умовна ве-личина).
Мал. 12. До визначення поздовжніх деформацій бетону при сжа-тії:
а - дослідний зразок (призма) з наклеєними на бічних по-верхностях електротензодатчікамі; б - діаграма при при-додатку навантаження ступенями; 1 - пряма пружних деформацій, 2 - крива повних деформацій
Мал. 13. Діаграма залежності між напруженнями і деформаціями бетону при стисненні і розтягуванні: I - область пружних деформацій; II - область пластичних деформацій; 1 - навантаження; 2 - розвантаження; - гранична стисливість; - гранична розтяжність; - максимальна стисливість при низхідній гілці діаграми
При невисоких напругах () превалюють пружні деформації (), а при бетон можна рассмат-ривать як пружний матеріал. При осьовому розтягу діаграма має той же характер що і при стисканні.
Необхідно звернути увагу на граничні деформації, при яких бетон руйнується (точніше починає руйнуватися). Неза-лежно від режиму навантаження за граничне значення деформації бетону приймають величину, відповідну максимальному на-напрузі. Вважають наближено, що середні значення граничних-них деформацій важкого бетону будь-якого класу складають при короткочасній дії навантаження:
- при стисненні еіЬ = 0, 002 (2 мм на 1 м);
- при розтягуванні еіbt = 0,00015 (0,15 мм на 1 м).
Знання граничних деформацій бетону необхідно, так як від їх величин залежить діапазон спільної роботи арматури з бе-ном і ефективність її використання.
Деформації бетону при тривалій дії навантаження. При тривалій дії навантаження (t> 60 хвилин), навіть постійної, непружні деформації з плином часу значно збільшуючи-ються. У реальних же умовах в процесі будівництва будівель і споруд йде поступове поетапне навантаження залізобетонних елементів.
Наростання непружних деформацій при тривалій дії на-Грузьке називається ползучестью бетону. Вперше повзучість бетону була виявлена І. Самовіч в 1885 р Деформації повзучий-сти складаються з двох частин: пластичної, що протікає майже од-ночасно з пружною, і в'язкою, для розвитку якої потрібен певний час. При тривалому завантаженні бетону постійного-ної навантаженням, яка менше руйнує, діаграма стиснення виглядає так, як показано на рис. 14, а. Ділянка 0 - 1 цієї діа-грами відповідає деформації, що виникає при завантаженні; кривизна цієї ділянки залежить, головним чином, від швидкості завантаження. Ділянка 1 - 2 характеризує наростання непружних де-формацій при постійному значенні напруги. Найбільша ін-інтенсивність наростання деформацій повзучості спостерігається в пер-ші 3. 4 місяці після завантаження бетону (рис. 14, б). Вони достига-ють до кінця цього періоду 40. 45% від eupl, через рік вони складають приблизно 65. 75% від eupl, і через два роки 80. 90%. Потім на-растание цих деформацій у міру наближення до граничної для даних умов величиною eupl поступово згасає. Помічено, що наростання деформацій повзучості припиняється одночасно з закінченням наростання міцності бетону. Досліди показують, що незалежно від того, з якою швидкістю досягнуто напруга # 963; ь, кінцеві непружні деформації, що мають такий напруги-ня, завжди будуть однакові (рис. 14, в).
Мал. 14. Непружні деформації бетону в залежності:
а, б - від тривалості дії навантаження; в - від швидкості початкового завантаження
Деформації повзучості розвиваються головним чином в на-правлінні дії зусиль і можуть перевищувати пружні в 3. 4 рази, т. Е. # 949; ірl / # 949; е - 3. 4. Ця обставина змушує з ними рахуватися при проектуванні залізобетонних конструкцій.
Одночасно з ползучестью розвиваються і деформації усадки, т. Е .:
Природа повзучості бетону пояснюється його структурою, котрі три-них процесом кристалізації і поступовим зменшенням кількості гелю при твердінні цементного каменю. Під навантаженням відбувається поступовий перерозподіл напружень з випробувальний-вающей в'язка течія гелевою структурної складової на кри-сталліческій зросток і зерна заповнювачів. Розвитку деформацій повзучості сприяють також капілярні явища, пов'язані з переміщенням в мікропорах і капілярах надлишкової води під навантаженням. З плином часу процес перерозподілу напря-жений загасає і деформування припиняється.
Повзучість бетону умовно поділяють на лінійну і нелінійної-ву. Вважають, що лінійна повзучість має місце при (- напруга, відповідне нижньої межі мікрораз-рушень). В цьому випадку деформацію повзучості визначають за формулою:
де с - міра повзучості бетону при стисканні.
У практичних розрахунках використовують зазвичай граничну міру повзучості бетону спр. віднесену до часу t → ∞ (практично t = 3. 4 років). Її значення при для різних термінів завантаження бетону наведені в СНиП 2.05.03-84 «Мости і труби» в табл. 3.
Позначимо через v = # 949; е / # 949; ь коефіцієнт упругопластічни бетону, а через # 955; = # 949; pl / # 949; ь - коефіцієнт пластичності бетону, тоді відношення
буде називатися характеристикою повзучості бетону # 966 ;, яка через змінюється від 0 до 4.
Залежність між с і # 966; можна отримати з (1.14) і (1.15), з огляду на, що, тоді # 966; = СЕb; # 966; і з вводяться в розрахунок для кількісної оцінки деформацій лінійної повзучості при стисненні.
Величина деформації повзучості залежить від багатьох факторів.
Завантажений в ранньому віці бетон (при інших рівних умо-вах) має більшу ползучестью, ніж старий бетон. Повзучість бетону в сухому середовищі значно більше, ніж у вологому. Техно-логічні фактори також впливають на повзучість бетону: з увели-ням W / C і витрати цементу на одиницю об'єму бетонної суміші повзучість зростає; з підвищенням міцності зерен заповнювача повзучість зменшується; з підвищенням класу бетону повзучість зменшується. Бетони на пористих заповнювачах мають неяк-до більшої ползучестью, ніж важкі бетони. Повзучість залежить від виду цементу: найбільшою ползучестью мають бетони, при-виготовлених на шлакопортландцементі або портландцементе. Пол-зучесть тим менше (за інших рівних умов), чим більше розміри поперечного перерізу бетонного елемента. Максимальні деформації повзу-честі (за інших рівних умов) досягаються при водонасиченні бетону в межах 20. 35%. Пропарювання бетону знижує його повзучість на 10. 20%, а автоклавної обробки - на 50. 80%. Повзучість бетону істотно впливає на ра-боту залізобетонних конструкцій під навантаженням, що враховують, наприклад, при розрахунку позацентрово стиснутих елементів, при оцінці деформативности конструкцій і при визначенні внутрішніх усі-лий в статично невизначених конструкціях.
Деформації бетону при багаторазово повторюється дії навантаження. Багаторазове повторення циклів навантаження і розвантаження бетонного зразка призводить до поступового накопичення непружних деформацій. Лінії навантаження і розвантаження утворюють петлю гістеро-зиса, площа якої характеризує енергію, витрачену за один цикл на подолання внутрішнього тертя.
При напрузі, що не перевищують межу витривалості, після досить великої кількості циклів неупругие дефор-мації бетону, відповідні даному рівню напружень, по-статечно вибираються і бетон починає працювати пружно (рис. 15).
Мал. 15. Діаграма при багаторазово повторному навантаженні бетонного зразка
При високій напрузі після деякого числа циклів крива досягає прямолінійного виду, а потім на-чина скривлюватися знову, але вже в зворотному напрямку, тобто увігнутістю в сторону осі напруг. Викривлення починається з верхньої частини прямий (тобто поблизу найвищої напруги) і появ-ляется точка перегину. При триваючому повторенні додатку навантаження точка перегину опускається все нижче по кривій, поки не зникне. Тоді вся крива виявляється увігнутою в сторону осі напруг. При цьому залишкові деформації після кожної розвантаження неогр-ніченний ростуть, а крива все більше нахиляється до осі абс-Цисс. Петля гістерезису все більше збільшується і, нарешті, обра-зец крихко руйнується.
Фізичні явища, що відбуваються в бетоні при повторних навантаженнях, близькі до явищ, що відбуваються при дії дуже тривалих навантажень, тобто тривале навантаження можна рассмат-ривать як багаторазово повторне с.
При вібраційних навантаженнях з великим числом повторень за хвилину (200 600) спостерігається прискорений розвиток повзучості бетону, зване віброползучестью або динамічної ползучестью бетону.