Під міцністю бетону розуміють його здатність чинити опір впливу зовнішніх сил, не руйнуючись.
Міцність бетону залежить від багатьох факторів: структури, марки і виду цементу, водоцементного відносини, вигляду і міцності великих і дрібних заповнювачів, виду напруженого стану, форми і розмірів зразка, тривалості завантаження.
На міцність бетону великий вплив робить швидкість завантаження зразків. При уповільненому їх навантаженні, міцність бетону виявляється на 10 ... 15% менше, ніж при короткочасному статичному. При швидкому завантаженні міцність бетону зростає до 20%.
Бетон має різну міцність при різних силових впливах: стисненні, розтягненні, вигині, зрізі. У зв'язку з цим розрізняють кілька характеристик міцності бетону: Кубікова і призмову міцність, міцність при розтягуванні, зрізі і сколюванні; міцність при багаторазових повторних навантаженнях, міцність при короткочасному, тривалому і динамічному дії навантажень.
У залізобетонних конструкціях бетон переважно використовується для сприйняття стискаючих напруг. Тому за основну характеристику міцності властивостей бетону прийнята його міцність на осьовий стиск, що встановлюється, як правило, шляхом випробування стандартних кубів розміром 150 × 150 × 150 мм, випробуваних при температурі (20 ± 2) ° С через 28 днів твердіння в нормальних умовах (температурі повітря 15. 20 ° С і відносній вологості 90. 100%). Рідше випробування проводять па циліндрах діаметром (d) 100, 150, 200 і 300 мм з висотою h = 2d.
За Кубікова міцність бетону приймають тимчасове опір R еталонних кубів, яке визначається за виразом:
де F - руйнівне навантаження, Н;
А - середня робоча площа зразка, мм 2;
# 945; - перекладний коефіцієнт, що залежить від розмірів зразка. Зі зменшенням розмірів поперечного перерізу коефіцієнт а зменшується. Це пояснюється зміною ефекту обойми зі зміною розмірів зразка і відстані між його торцями.
Різне опір стисненню зразків різної величини (і форми) пояснюється впливом сил тертя, що виникають між сторонами зразка і опорними плитами преса.
Поблизу опорних плит преса сили тертя, спрямовані всередину, створюють як би обойму і тим самим збільшують міцність зразків при стисканні. У міру віддалення від торців вплив сил тертя зменшується. Тому бетонний куб отримує форму двох усічених пірамід (рис.2, а). При відсутності (або істотному зменшенні) сил тертя характер руйнування змінюється, відбувається розколювання куба по площинах, паралельних напрямку діючої зовнішньої навантаження (рис.2, б).
Мал. 2. Характер руйнування бетонних кубів; а - при наявності тертя по опорним площинах; б - при відсутності тертя по опорним площинах
Реальні залізобетонні конструкції за своєю формою значно відрізняються від кубів. Тому Кубікова міцність не може безпосередньо характеризувати міцність стиснутих ділянок залізобетонних конструкцій. Для цієї мети використовують іншу характеристику - призмову міцність бетону.
Залізобетонні конструкції за формою відрізняються від кубів, тому Кубікова міцність бетону не може бути безпосередньо використана в розрахунках міцності елементів конструкції. Основною характеристикою міцності бетону стиснутих елементів є призматична міцність. Під призмовою міцністю # 963; bu розуміють тимчасовий опір осьовому стиску призми з відношенням висоти прізмиhк розміром а квадратного підстави, рівним 4.
В реальних конструкціях напружений стан бетону стиснутої зони наближається до напруженого стану призм. Зразки призматичної форми, для яких вплив сил тертя менше, ніж для кубів, при однаковому поперечному перерізі показують меншу міцність на стиск. При відношенні висоти призми до сторони підстави h / a> 4 вплив сил тертя практично зникає, і міцність стає постійною і рівною ≈ 0,75 R.
Міцність на осьовий розтяг
Міцність бетону на осьовий розтяг залежить від міцності при розтягуванні цементного каменю і його зчеплення з зернами великого заповнювача.
Рис.3. Схеми випробувань зразків для визначення міцності бетону на розтяг
Дослідним шляхом вона визначається випробуваннями на розрив зразків у вигляді вісімок, на розколювання зразків у вигляді циліндрів, кубів або на вигин бетонних балочок.
Міцність бетону на осьовий розтяг має порівняно невелике значення.
орієнтовне значення # 963; bt можна визначити за емпіричною формулою Фере:
де # 947; = 0,8 - коефіцієнт для бетонів класу В25 і нижче, # 947; = 0,7 - для бетонів класу В30 і нижче
Міцність бетону при зрізі і сколюванні
Під чистим зрізом розуміють поділ елемента на частини по перетину, до якого прикладені перерізують сили.
Під чистим сколюванням розуміють взаємне зміщення (зсув) частин елементу між собою під дією сколюючої (зсувних) зусиль.
Залізобетонні конструкції рідко працюють на чистий зріз і сколювання. Зазвичай зріз супроводжується дією поздовжніх сил, а сколювання - дією поперечних сил.
Опір зрізу може виникати в шпонкових з'єднаннях і у опор балок, а опір деформуючих - при вигині напружених балок до появи в них похилих тріщин, якщо не забезпечується належна зв'язок між верхньою і нижньою частинами бетону на опорах.
У нормах тимчасовий опір зрізу і сколювання не наводиться, і його приймають приблизно рівним 2 # 963; btu
Міцність бетону при тривалій дії навантаження
Межею тривалого опору бетону називають найбільші статичні незмінні в часі напруги, які він може витримувати необмежено довгий час без руйнування.
При тривалій дії навантаження бетонний зразок руйнується при напружених, менших, ніж при короткочасному навантаженні. Це обумовлено впливом розвиваються непружних деформацій зміною структури бетону.
При розрахунку міцності елементів в розрахунковий опір бетону сжатіюRb і растяженіюRbt вводять коефіцієнт умови роботи # 947; b2. враховує вплив на міцність бетону імовірною тривалості дії я розрахункових зусиль і умов зростання міцності бетону в часі.
Міцність бетону при багаторазовому дії навантаження
Під міцністю бетону при багаторазово повторних (рухомих або пульсуючих) навантаженнях # 963; f (межа витривалості бетону) розуміють напругу, при якому кількість циклів навантаження і розвантаження, необхідних для руйнування зразка, становить не менше 1 000 000.
Межа витривалості бетону пов'язаний з нижньою межею утворення мікротріщин. Якщо багаторазово повторна навантаження викликає в бетоні напруги, що перевищують межі тріщиноутворення, то при великій кількості циклів настає його руйнування.