Расчетное сопротивление бетона: осевому сжатию, растяжению

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Нормативные и расчётные характеристики

Так как вследствие неоднородности бетона и других случайных факторов действительная прочность бетона может существенно отличаться от среднестатистической Rm, в расчёт вводят показатели прочности, задаваемые с определённой надёжностью.

В качестве основных, базисных (контролируемых), характеристик бетона приняты нормативное сопротивление осевому сжатию призм (призменная прочность) Rbn со статистической обеспеченностью 0,95 или ее гарантированной доверительной вероятностью 95%, и нормативное сопротивление осевому растяжению Rbtn.

Нормативные значения призменной прочности бетона определяют по следующим зависимостям:

для тяжёлого (обычного), мелкозернистого и лёгкого

Таким образом, класс бетона В можно трактовать как нормативное сопротивление осевому сжатию эталонных образцов-кубов (кубиковая прочность) в отличие от Rbn, отражающего призменную прочность бетона.

Численные значения Rhn (с округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие приведены в табл. 1.14.

Нормативное сопротивление бетона осевому растяжению в случаях, когда прочность бетона на растяжение не контролируется, принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие в соответствии с табл. 1.14, при контроле класса бетона по прочности на осевое растяжение — равным гарантированной прочности (классу) на осевое растяжение.

Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию — такая же характеристика, как и нормативное сопротивление, однако ее обеспеченность составляет: для расчета по предельным состояниям первой группы Rb — 0, 997, второй группы Rbser — 0,95.

Расчетные сопротивления бетона определяют путём деления нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надёжности по бетону при сжатии или при растяжении, учитывающие возможность понижения фактической прочности по сравнению с нормативными значениями, а также возможное отличие прочности бетона в конструкции от прочности в образцах. Такой подход к установлению определяющих надёжность конструкций расчётных сопротивлений называют полувероятностным. Указанные коэффициенты надёжности по бетону принимают равными:

для тяжёлого (обычного), мелкозернистого и лёгкого бетонов при сжатии = 1,3; при растяжении с контролем прочности = 1,3; без контроля прочности при растяжении = 1,5; для ячеистого бетона уЬс = 1,5; (контроль прочности ячеистого бетона при растяжении отсутствует).

Выше приведены были коэффициенты надёжности по бетону при расчёте конструкций по предельным состояниям первой группы.

Таким образом, значения расчётных сопротивлений для предельных состояний второй группы численно равны нормативным сопротивлениям бетонов — см. табл. 1.14. Это связано с тем, что наступление предельных состояний второй группы не столь опасно, как первой (обычно не влечёт за собой аварий, катастроф или человеческих жертв).

Более высокие значения коэффициентов надёжности для ячеистого бетона обусловлены повышенной изменчивостью его прочностных свойств, а также повышенной чувствительностью к технологии изготовления изделий (большим различием между прочностью бетона в конструкции и в контрольных образцах).

Как уже отмечалось выше, обеспеченное гь нормативного сопротивления и расчётного сопротивления для предельных состояний второй группы в каждой партии бетона должна составлять не менее 0,95, а расчетного сопротивления для предельных состояний первой группы — не мснсе 0,997.

Расчётные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rhr следует умножать на коэффициенты условий работы бетона, учитывающие особенности свойств бетона, продолжительность действия нагрузки и её многократную повторяемость, условия и стадию работы конструкции, способ её изготовления, размеры сечения и т. п.

Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний второй группы вводят в расчёт с коэффициентом условий работы, за исключением тех случаев, когда расчёт производят на действие многократно повторных нагрузок.

Численные значения расчётных сопротивлений (с округлением) в зависимости от класса бетонов по прочности па сжатие и осевое растяжение для предельных состояний первой и второй групп приведены в табл. 1.14 и 1.16.

Расчётные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы (см. табл. 1.15 и 1.16) в определённых случаях следует умножать на коэффициенты условий работы.

Указанные коэффициенты в основном учитывают изменение свойств бетона, рассмотренные в разделе 1.1.2. Ниже перечислены коэффициенты и условия, при которых их необходимо учитывать.

1) — учитывает снижение прочности бетона при действии многократно повторных нагрузок; числовые значения можно принимать по табл. 1.18; учитывают при расчёте на выносливость и по образованию трещин;

2) уb2 учитывает длительность действия нагрузок, т. е. различие между кратковременным и длительны ч сопротивлением бетона, а также влияние нарастания прочности бетона во времени:

а) при учёте постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, кроме нагрузок непродолжительного действия, суммарная длительность действия которых за период эксплуатации мала (например, крановые нагрузки; нагрузки от транспиртныхсредств; ветровые нагрузки; нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировании и возведении и т. п.), а также при учёте особых нагрузок, вызванных деформациями просадочных, набухающих, вечномерзлых и подобных грунтов для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов естественного твердения и подвергнутых тепловой обработке; в условиях эксплуатации конструкций, благоприятных для нарастания прочности бетона (например, под водой, во влажном грунте или при влажности воздуха окружающей среды выше 75 %) = 1.00; в остальных случаях = 0,90; для ячеистого и поризованного бетонов независимо от условий эксплуатации = 0,85;

б) при учёте в рассматриваемом сочетании кратковременных нагрузок непродолжительного действия (суммарная длительность которых мала — см. выше) или особых нагрузок, кроме указанных в п.2а, для всех видов бетона и вне зависимости от условий эксплуатации . = 1,10; коэффициент учитывают при расчёте по прочности; если при учёте особых нагрузок вводят дополнительный коэффициент условий работы согласно указаниям соответствующих нормативных документов (например, при учёте сейсмических нагрузок), следует принять . = 1,00;

3) yb3 — учитывает изменение плотности и прочности бетона по высоте вертикально бетонируемых элементов; численные значения принимают при высоте слоя бетонирования более 1,5 м для бетонов: тяжёлого, мелкозернистого и лёгкого уb3 = 0,85; ячеистого и поризованного уb3 = 0,80;

4) Уb4 учитывает влияние двухосного сложного напряжённого состояния сжатие-растяжение на прочность бетона; численное значение коэффициента определяют по формуле (5.48);

5) уb5 – учитывает повышенное влияние дефектов (раковин, недоуплотнения и др.) в сечениях небольших размеров; при бетонировании монолитных бетонных столбов и железобетонных колонн с наибольшим размером поперечного сечения менее 300 мм = 0,85;

6) уb6 учитывает влияние попеременного замораживания и оттаивания на прочность бетона; численные значения коэффициента принимают по табл. 1.21;

7) уb7 — учитывает снижение прочности бетона при длительном его нагреве до температуры около 50 °С в сухом жарком климате; при эксплуатации конструкций, не защищённых от солнечной радиации, в климатическом подрайоне = 0,85;

8) уЬ8 — учитывает кратковременность процесса предварительного обжатия и пониженные потери преднапряжения при расчёте на прочность в стадии обжатия: для конструкций из лёгкого бетона с проволочной арматурой = 1.25; для конструкций из остальных видов бетона с той же арматурой = 1.10; для конструкций из лёгкого бетона со стержневой арматурой = 1.35; для конструкций из остальных видов бетона с той же арматурой = 1.20;

9) уb9 — учитывает несовершенство существующих способов оценки неупругих свойств бетона в неармированных конструкциях

10) уb10 — учитывает повышенную хрупкость высокопрочных бетонов;

11) уb11 — учитывает влияние влажности ячеистого бетона на его прочность;

12) yb12 — учитывает связанные условия поперечного расширения бетона в шве при замоноличивании стыков (ограничения, накладываемые сопрягаемыми конструкциями); при толщине шва замоноличивания стыков сборных элементов менее 1/5 наименьшего размера сечения элемента и менее 100 мм = 1,15.

Для отдельных видов лёгкого бетона допустимо принимать иные значения расчётных сопротивлений, согласованные в установленном порядке.

Для бетона на глинозёмистом цементе и поризованного нормативные и расчетные сопротивления его растяжению снижают на 30% против значений, приведенных в табл. 1.14 и 1.15.

Начальный модуль упругости бетона Еb при сжатии и растяжении принимают по табл. 1.18 и 1.19. Для бетонов, работающих в условиях попеременного замораживания и оттаивания, приведенные в этих таблицах значения Еb следует умножать на коэффициент уb6.

Для незащищенных от солнечной радиации конструкций, предназначенных для эксплуатации в климатическом подрайоне IVA согласно СНиП 2. 01. 01-82, значения Eh, указанные в табл. 1.18 и 1.19, следует умножать на коэффициент 0,85.

лёгких бетонов определяют с учетом отпускной объёмной влажности по формуле D + 10w, где величину w принимают равной: для лёгкого бетона класса В10 и ниже = 15% ; для поризованного бетона тех же классов = 20%; для лёгкого бетона класса В12,5 и выше = 10%.

Показатели нормативного и расчетного сопротивления бетона

Любая бетонная конструкция должна переносить определенные в технической документации нагрузки в течение длительного времени без разрушений. В строительных проектах указываются основные характеристики, к которым относятся плотность, показатели расчетного сопротивления бетона, морозоустойчивость, водонепроницаемость. Проблема состоит в том, что даже самый качественный бетон неоднороден. Элементы имеют различные геометрические размеры и сечения, поэтому разные участки сооружения могут иметь неодинаковые свойства. Для уточнения характеристик материала вводится методика вычисления прочности.

Что такое расчетное сопротивление?

Расчетное сопротивление бетонной смеси – характеристика отражающая свойство материала противостоять внешним механическим нагрузкам. Его применяют при проектировании зданий и сооружений. Данный показатель получают из нормативных значений противодействия конкретной марки раствора делением на специальный коэффициент.

Читайте также:  Усиление бетона углеволокном (железобетонных конструкций)

Этот коэффициент, применяемый для вычисления расчетного сопротивления бетона на сжатие обозначается γb и может принимать значения:

  • 1,3 – для максимальных возможных величин по несущей способности;
  • 1 – для максимальных значений по пригодности к эксплуатации.

Коэффициенты надежности материала при механическом растяжении обозначаются γbt, они могут быть равны:

  • 1,5 – для максимальных показателей несущей способности во время определения класса на сжатие;
  • 1,3 – для максимальных значений несущей способности на осевое растяжение;
  • 1 – для максимальных величин по пригодности к эксплуатации.

Классы бетонов обозначаются от В10 до В60, значения их нормативного противодействия приводятся в специальных таблицах.

Как получить расчетное сопротивление?

Для получения расчетного сопротивления бетона по осевому сжатию определяется класс материала, из таблицы берутся его нормативные данные и производится вычисление по формуле:

где Rb – расчетные данные на осевое сжатие, множитель Rbn – нормативные , γb – коэффициент.

Аналогично рассчитывают расчетное сопротивление бетона осевому растяжению:

где Rbt – расчетные значения на осевое растяжение, множитель Rbtn – нормативные показатели на растяжение, γbt – коэффициент для растяжения.

Учитывая условия, в которых будут эксплуатироваться бетонные конструкции, вводятся и другие коэффициенты γbi, учитывающие эти особенности:

  • для непродолжительных статических нагрузок 1;
  • для длительных статических нагрузок 0,9;
  • элементы, заливаемые вертикально 0,9;
  • коэффициенты, отражающие климатические особенности, назначение сооружения, площадь сечения указываются в документации отдельно.

Нормативное сопротивление

До 2001 года единственной характеристикой бетона указывающей на противодействие механической силе, считалась марка, обозначавшаяся буквой «М». Теперь, согласно СНиП 2.03.01 введена другая характеристика, так называемый класс прочности, обозначающаяся буквой «В». Для определения свойств железобетонных и бетонных конструкций были предложены нормативы, согласно СП 52-101-2003.

Для определения класса раствор заливают в куб с ребром 150 мм. Уплотняют его в форме и дают полностью затвердеть при температуре 18-20ºС в течение 28 суток. После этого образец поступает на испытание, и разрушается на специальном прессе. Сопротивление бетона осевой нагрузке, выраженное в МПа и является свойством, по которому определяется данная характеристика. Иногда для определения класса берется призменный образец, высота которого в четыре раза больше ребра основания.

Дополнительно образец подвергается проверке на осевое растяжение, который тоже необходимо учитывать при проведении вычислений.

При правильном определении класса не требуется делать дополнительных испытаний, поскольку они уже занесены в специализированные таблицы.

Используя эти таблицы можно, имея данные на сжатие, сразу определить показатели и на растяжение. По ним ясно видно – этот параметр для любого бетона на растяжение гораздо меньше, чем на сжатие, это обязательно учитывается при проектировании.

Эти параметры для различного класса прочности сводятся в специальную таблицу. Значения могут меняться в зависимости от условий определяемых соответствующими коэффициентами:

Из таблицы видно, что расчетное значение ниже нормативного, поскольку учитывает сторонние факторы, тип воздействия на бетонную конструкцию, возможную неоднородность материала, центр тяжести контура.

При определении противодействия бетона силовому воздействию учитывается его деформация. Для этого берется начальный параметр данной величины и делится на коэффициент, включающий в себя ползучесть, а также поперечную деформацию массива, его температурную деформацию в диапазоне -40 — +50ºС. При вычислении свойств напряженно деформированного элемента используют специальные диаграммы, демонстрирующие предельную нагрузку в зависимости от сечений и расположения детали и вида материала. Эта методика позволяет рассчитывать факторы, приводящие к появлению трещин.

График Зависимости напряжений от деформаций

При определении характеристик железобетонных конструкций применяют методику моделирования наклонных сечений. Учитывается толщина и тип арматуры, отдельно рассчитывается ее прочность.

Заключение

Сопротивление бетона рассчитывается в зависимости от действия на него различных сил, которые могут быть сжимающими, поперечными, изгибающими, а также под местным сжатием. Для внецентренно сжатых и растянутых элементов, находящихся под изгибом, момент рассчитывается для сечений, перпендикулярных их продольной оси.

Для элементов с сечениями в виде прямоугольника, квадрата или тавра применяются формулы, предельной нагрузки каждого элемента, для других сечений используются специальные нелинейные диаграммы.

Расчетное сопротивление позволит подобрать класс прочности и марку этого материала для получения оптимальных эксплуатационных свойств массива, элемента или детали. В отличие от нормативных показателей, данные учитывают геометрические особенности, условия эксплуатации, виды деформаций. Вводятся коэффициенты надежности по бетону, разновидности используемой арматуры и другие характеристики, влияющие на конечную прочность зданий и сооружений, где применяется литой бетон или конструктивные элементы из этого материла.

Расчетное сопротивление бетона (в25, в20): осевому сжатию, растяжению

Конструкции из бетона возводятся с учетом того, что они смогут выдерживать большие нагрузки и не разрушаться. В проектной документации указываются все качества материала, включая сопротивление бетона сжатию, а также степень прочности, надежности, плотности и длительность службы бетонного изделия.

Бетон — это неоднородный материал, поэтому в каких-то местах он может быть менее прочным и не выдерживать возлагаемые на него нагрузки. Рассчитать его прочность необходимо для того, чтобы определить, какие значения имеет материал в норме.

Что такое расчетное сопротивление

Способность изделия противостоять различным механическим нагрузкам показывает расчетное сопротивление бетона.

Значения, которые получаются при расчете, обозначают аббревиатурой RB и RBT, они необходимы для разработки проектов для различных коммерческих и промышленных объектов. Это значение получается из показателей по норме противодействия нагрузкам указанной марки бетона посредством деления на табличный коэффициент γbi.

Узнать точное расчетное сопротивление бетона сжатию можно с помощью таблицы, которая содержит цифры математических расчетов, использующихся для строительства различных объектов.

Этот коэффициент может быть выражен в таких цифрах:

  • 1,3 — для наибольших показателей по несущей способности;
  • 1 — для наибольших величин по эксплуатационной пригодности.

Надежность бетона при физическом растяжении γbt выражается в таких коэффициентах:

  • 1,5 — для наибольших показателей несущей способности бетона при установлении его класса на степень сжатия;
  • 1,3 — для наибольших показателей несущей способности на степень растяжения по оси;
  • 1 — для наибольших показателей по эксплуатационной способности.

Для того чтобы узнать точное расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, следует определить его класс.

Из табличных данных следует взять показатели по норме и рассчитать по формуле Rb=Rbn/γb, где:

  • Rb — расчетные цифры сжатия по оси;
  • Rbn — множитель по норме;
  • γb — табличный коэффициент.

Сопротивление бетонных изделий осевому растяжению считается по формуле Rbt=Rbtn/γbt, где:

  • Rbt — расчетные цифры на растяжение по оси;
  • Rbtn — множитель по норме;
  • γbt — табличный коэффициент.

В зависимости от факторов, которые будут влиять на эксплуатационные способности бетонных изделий, могут применяться и другие коэффициенты γbi:

  • 1 — для кратковременных нагрузок;
  • 0,9 — для нагрузок, которые действуют длительное время;
  • 0,9 — для изделий, которые заливаются вертикально;
  • коэффициенты, которые указывают природные условия, назначение бетонного изделия и площадь сечения, в проекте прописываются отдельно.

Нормативное сопротивление

Ранее качеством бетона, отражавшим его противодействие различным видам нагрузок, была марка М. Затем ввели другое свойство, которое получило название класса прочности В. Определить свойства бетонных элементов и ЖБК можно по нормативам, указанным в СП.

Для того чтобы узнать, к какому классу принадлежит бетон, его подвергают испытаниям:

  1. Раствор заливают в кубическую емкость высотой 15 см.
  2. Затем его уплотняют и оставляют на 28 суток до окончательного затвердения. Температура должна быть +18…+20ºС.
  3. После этого бетон испытывают путем разрушения под прессом.

Также образец проверяют на растяжение по оси. Это необходимо сделать при расчете сопротивления БК.

Таблицы содержат классы бетона и их значения по норме, поэтому испытания проводить не нужно.

Вид сопротивленияНормативные и расчетные показатели для бетона 2 группы на сжатие
класс В1015202530354045505560
сжатие по оси7,5111518,52225,529323639,543
растяжение по оси0,851,11,351,551,751,952,12,252,452,62,75

В таблице представлены значения бетона растяжению. Они необходимы при составлении проектной документации.

Показатели могут изменяться в зависимости от различных условий, которые определяются коэффициентами.

Вид сопротивленияРасчетные показатели RB и RBT 1 группы класса на сжатие
класс В1015202530354045505560
сжатие по оси RB68,511,514,51719,5222527,53033
растяжение по оси RBT0,560,750,91,051,151,31,41,51,61,71,8

Таблица показывает, что расчетные сопротивления бетона растяжению и сжатию меньше констант по норме, т. к. они учитывают и другие факторы, такие как:

  • тип воздействия на сооружение;
  • расположение центра тяжести объекта;
  • неоднородность материала.

Определяя противодействие материала нагрузкам, следует учитывать степень его возможной деформации. Для этого берут первоначальное значение этого показателя и делят на коэффициент, который состоит из степени ползучести, возможной деформации изделия в поперечнике и деформации при температурном колебании (-40…+50ºС).

Понятия прочности и класса

До появления европейских стандартов прочность определялась только по марке, и она показывала среднюю цифру сопротивления на сжатие. Новые стандарты предусматривают определение классов по прочности на степень сжатия и растяжения.

Читайте также:  Пескобетон М200 (М 200): технические характеристики, состав

Класс — это один из главных показателей, который определяет срок службы БК. Определяя класс, учитывается как сжатие элемента по оси, так и растяжение бетона, показатели, которые рассчитываются, учитывая запас прочности посредством его сопротивления в удельных единицах измерения.

По формуле рассчитывается возможность сопротивления конструкций из бетона сжатию: R=Rn/g, где g — коэффициент степени прочности, который принимается за 1 при условии, что структура раствора является однородной.

Для расчетов берут и дополнительные данные, такие как:

  1. Удельное электросопротивление раствора.
  2. Влагостойкость. С помощью этих показателей определяется наибольшее давление жидких субстанций, которые способны выдержать ЖБК.
  3. Воздухопроницаемость. Она имеет отношение к прочности, и ее постоянное значение колеблется от 3 до 130 с/см³.
  4. Морозоустойчивость. Обозначается латинской буквой F, а цифры от 50 до 1000 указывают число замораживаний и размораживаний.
  5. Теплопроводность. Чем больший объем воздуха содержит изделие, тем меньше его плотность и теплопроводные характеристики.

Трещины по вертикали в тестируемых изделиях из призмы возникают под действием силы тяжести поперечных нагрузок. Прочностные качества бетона увеличиваются при его стягивании металлическими обручами.

Она укладывается в раствор горизонтально:

  1. Марка указывает среднюю степень прочности куба раствора RB и выражается в кг/см².
  2. Класс указывает на прочность куба раствора с точностью до 0,95 и выражается в Мпа. Неоднородность его прочности варьируется от Rmin до Rmax.

Бетон класса В20 относится к виду «тяжелых» и используется в различных областях строительства, т. к. имеет высокую степень прочности, обеспечивая длительный срок эксплуатации различных промышленных и жилых объектов. Благодаря его прочности конструкции имеют высокую степень сопротивления сдвигам и нагрузкам на изгиб. Такие изделия смогут выдерживать наибольшие нагрузки.

Прочность бетона класса В25 составляет 327 кгс/см², поэтому он предназначен для заливки фундамента, изготовления плит, балок и других монолитных изделий.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции

Это ЖБК, которые нагружены искусственно сформированными напряжениями внутри конструкций и направлены назад существующим нагрузками, возникающими в процессе их эксплуатации. Такие напряжения возникают после того, как внутрь конструкции была установлена арматура.

Делается это таким образом:

  1. Заливая раствор в емкости, оставляют пустоты, в которые затем укладывают арматуру. Конструкция набирает прочности после того, как арматура натягивается и закрепляется по всем бокам изделия. При этом бетон сжимается. Натяжение обозначается буквой «P».
  2. Перед тем как залить раствор, натягивают арматуру, т.е. создают натяжение на упоры, а после того, как смесь затвердеет, ее отпускают, в результате чего создается напряжение сжатия.

Сопротивление можно определить в зависимости то того, какие на него действую силы тяжести.

Они бывают:

  • сжимающими;
  • поперечными;
  • изгибающими.

Для изделий, которые сжимаются и растягиваются вне центра, а также находятся под изгибом, показатель определяется для сечений, расположенных перпендикулярно их вертикальной оси.

Для прямоугольных, квадратных или тавровых сечений конструкций используются формулы, по которым рассчитывается предельная нагрузка каждой детали. Для других типов сечений применяются различные виды диаграмм.

Кроме этого, применяются коэффициенты степени надежности материала, виды используемой арматуры и прочие параметры, которые могут повлиять на итоговую прочность конструкции, где использовался литой бетон.

Расчётное сопротивление бетона осевому сжатию и растяжению

Для обеспечения прочности и долговечности конструкций из бетона на стадии проектирования производятся расчёты, учитывающие основные характеристики материала. К ним относятся морозоустойчивость, водонепроницаемость, прочностные характеристики. Расчётное сопротивление бетона определяется в зависимости от нормативного сопротивления для этого класса материала.

Расчетные значения

Прочность является определяющей характеристикой бетона. От неё зависят эксплуатационные качества возводимых сооружений, их долговечность и надёжность. Проверка прочности производится в лабораторных условиях по образцам. При проверке прочности на сжатие проверяется марка бетона. Цифровое значение марки является пределом прочности на сжатие, выраженным в Мегапаскалях.

При проектировании бетонных сооружений производят расчёты по двум группам предельных состояний. Первая группа — это полная непригодность к эксплуатации, включая разрушение. Вторая группа — это непригодность, которая определяется появлением трещин и недопустимых деформаций.

В зависимости от группы предельных состояний выбираются коэффициенты надёжности, которые вводятся, чтобы снизить допустимые нагрузки на конструкцию.

Расчётные сопротивления бетона сжатию в таблицах 1 и 2 вычисляются путём деления величин нормативного сопротивления бетона на коэффициенты надёжности. В формулы для определения прочности вводят коэффициенты, зависящие от характера нагрузок, условий эксплуатации и учитывающие характер разрушений этого типа строений. Расчётные сопротивления бетона осевому сжатию Rb, Rb, ser и осевому растяжению Rbt, Rbt, ser приводятся в таблицах 1 и 2. Характеристики предельных состояний первой группы приводятся в таблице 2, а второй группы — в таблице 1.

Таблица 1.

Таблица 2.

Характеристики материала

Информация о характеристиках материала необходима при строительстве объектов. Недостаточная прочность может привести к образованию трещин и досрочному выходу сооружения из строя. Прочностные характеристики материала определяются в испытаниях по образцам в лабораторных условиях. Способы исследования бывают разрушающие и неразрушающие.

Для разрушения используются образцы, изготовленные из пробы испытуемой бетонной смеси или полученные бурением поверхности бетонной конструкции. Образцы сжимаются прессом. Нагрузка увеличивается постепенно до того момента, пока образец полностью не разрушится. По величине критической нагрузки и рассчитываются значения прочности материала. Для этого величину нагрузки делят на площадь поперечного сечения испытуемого объекта и умножают на масштабный коэффициент.

Неразрушающие методы проводятся прямо на бетонной поверхности, для них не требуются образцы. Исследование проводится следующими методами:

  1. частичное разрушение;
  2. ударный метод;
  3. ультразвуковое исследование.

Это способы местного воздействия, не наносящие большого вреда бетонной конструкции. Но они имеют меньшую точность, чем разрушающие методики. При сдаче здания в эксплуатацию обязательным является исследование методом разрушения проб.

Факторы прочности

Скорость химических процессов, протекающих в водных растворах, оказывает большое влияние на характеристики бетона. Причинами, способствующими увеличению прочности, можно считать следующие:

  1. Главным фактором является активность цемента. Чем он активнее, тем прочнее получится материал. Точным считается метод определения активности в лабораторных условиях. Существуют различные экспресс-технологии, способные дать ответ на вопрос о возможности использования материала. Для частного и неответственного строительства можно составить представление о качестве цемента путём осмотра. Хороший материал должен быть серо-зеленоватого цвета и хорошо сыпаться. Если присутствуют небольшие комки, то их легко раздавить пальцами. Если же есть большие твёрдые комья, то можно сделать вывод, что цемент потерял активность и не может быть использован в строительстве.
  2. Большое значение имеет также процентное соотношение цемента в растворе. Чем выше процент цемента, тем лучше будут прочностные характеристики бетона. Очень важным является соотношение воды и цемента в смеси. Бетон способен связывать только 15−20% воды, входящей в его состав. Это значительно меньше, чем количество воды, присутствующее в растворе. Из-за этого образуются поры, и прочность материала уменьшается.
  3. Применение в качестве наполнителей крупнофракционного материала хорошо сказывается на свойствах бетона.
  4. Время застывания тоже играет важную роль. Стопроцентные показатели предела прочности бетон приобретает только через 28 суток. Испытания бетонных образцов проводятся на третьи сутки, когда материал достигает 30% от своих максимальных прочностных характеристик.
  5. Условия внешней среды тоже влияют на процесс отвердевания бетона. Наилучшие условия отвердевания создаются при температуре 15−20 °C и высокой влажности. Увеличение прочности продолжается до тех пор, пока материал полностью не высохнет или не замёрзнет.

Долговечность и надёжность конструкций из бетона во многом зависит от качества проектирования. Необходимо учитывать все характеристики материалов, подбирать наиболее пригодные в существующих условиях и учитывать особенности работы материалов с разными видами нагрузок.

Материал хорошо работает на сжатие, а расчётное сопротивление растяжению у бетона на порядок хуже. Поэтому нужно избегать внецентренных нагрузок и изгибающих моментов.

Расчетное сопротивление бетона сжатию: что обозначает этот показатель и для чего он нужен

Расчетное сопротивление бетона сжатию – одна из ключевых характеристик, которые необходимо учитывать при проектировании какой-либо конструкции из данного материала, и в начале любого строительства. При этом, нужно обращать на нее внимание не только профессионалам, но и обычным мастерам-подсобникам, решившимся на возведение дома своими руками.

Определения

Прочность – основное качество, которое точно описывает его несущую способность. Определяется она пределом на сжатие – это наивысший предел нагрузки, при котором наступают разрушения образца. И это основной показатель, который и учитывают при его использовании.

Расчетное сопротивление – это показатель стойкости материала нагружающим воздействиям. Используется он при проектировочных расчетах, и неотъемлемо связан с нормативными показателями сопротивления сжатию.

До 2000−х годов ориентировались только на марки материала, которые и принимали как расчетный показатель, но по новым техническим документам, каждой марке присвоен новый критерий соответствия образца сжимающим нагрузкам.

Он выявлен в лабораторных условиях, узаконен специалистами и отражен в СП 52−101−2003. Согласно этому техническому документу, нормативное сопротивление материала осевому сжатию – это и есть класс на сжатие, заданный с 95%-ой обеспеченностью. Условие означает, что оно выполняется в 95% тестируемых случаев, и только в 5% может отклоняться от установленных показателей.

Но даже такой процент доказывает, что пользоваться при проектировании средними расчетными показателями неоправданно рискованно. А при выборе наименьшего значения, увеличится сечение конструкции или изделия, что в свою очередь отразится на перерасходе денежных и энергоресурсов.

Читайте также:  Кладка газобетона зимой на клей - можно ли строить дом?

Согласно СП 52−101−2003, нормативные значения сопротивления представлены на фото ниже.

Есть еще такое определение, как предел прочности на растяжение. По своей природе, данный материал в разы хуже выдерживает растягивающие нагрузки. Поэтому его и армируют в ЖБИ, стяжках пола большой толщины, фундаментах и прочее.

При расчетах используют в приоритете показатель при сжатии. В принципе, любое изделие или конструкция, испытывают большие нагрузки именно от сжимающих статических или динамических воздействий. Но сопротивление к изгибающим воздействиям учитывают при проектировании. В таких случаях, просто пользуются таблицей соответствия классов.

Таблица 6.7 из СП 63.13330.2012″СНиП 52-01-2003, в которой указаны марки сопротивление к сжатию, растяжению.

ВидБетонНормативные сопротивления МПа, и расчетные сопротивления для предельных состояний второй группы и МПа, при классе материалапо прочности на сжатие
В1,5В2В2,5В3,5В5В7,5В10В12,5В15В20В25В30В35В40В45В50В55В60В70В80В90В100
Сжатие осевое растяжениеТяжелый, мелкозернистый и напрягающий2,73,55,57,59,5111518,52225,529323639,54350576471
Легкий1,92,73,55,57,59,5111518,52225,529
Ячеистый1,41,92,43,34,66,99,010,511,5
Растяжение осевоеТяжелый, мелкозернистый и напрягающий0,390,550,700,851,001,101,351,551,751,952,102,252,452,602,753,003,303,603,80
Легкий0,290,390,550,700,851,001,101,351,551,751,952,10
Ячеистый0,220,260,310,410,550,630,891,001,05

От прочности в срезе при скалывании, зависит устойчивость к сжатию от корреляционных показателей.

Примечание. Сопротивление сжатию В25 наиболее часто встречающийся показатель при проектировании материала.

Осевое сжатие. Расчеты и значения

При расчетах нужно учитывать, что класс (В) напрямую зависит от его средней прочности R, МПа. Соответственно, используется следующая формула:

В= R (1−tV), где, t – класс обеспеченности, заложенный при проектировании, в основном берут значение 0,95, соответственно t=1,64; V – коэффициент вариации прочности. 1 – постоянная.

Если в расчетах использовался нормативный коэффициент V = 13,5% (0,135), то средняя прочность равна R = В/0,778.

Другое дело, когда рассчитываются всевозможные железобетонные конструкции. Особо тщательно просчитывается граничная высота оговариваемой зоны. Она выражает такую высоту, при которой перед разрушением напряжения в сжатом материале и растянутой арматуре, достигают своих максимальных значений одновременно. Только при таком условии можно считать сечение нормально армированным.

Согласно СНиП 2.03.01 – 84, высота зоны формула:

При этом относительная высота этой зоны (таблица), используется для определенного изделия своя. Их можно найти в нормативных документах, и применять данные при расчетах. В принципе, представленная информация вкратце разъяснила, что представляет собой зона сжатия и сопротивление осевому сжатию.

Методы определения прочности по контрольным образцам бетона

Разобравшись с тем, что такое сопротивление материала на сжатие, рассмотрим основные методы определения данного показателя.

Испытание бетона разрушающим способом

Проверка на сжатие проводится, как правило, в аккредитованных строительных лабораториях на поверенном оборудовании. Главное, что для него понадобится − пресс.

Также будут необходимы точные лабораторные весы, штангенциркуль и испытуемые образцы. Последние готовятся заранее из нужной партии. Форма стандартная – куб со сторонами 10 см. Согласно техническим документам, используют от 3 до 5 штук образцов для одной партии.

Совет. Изначально их нужно подготовить, отчищая от загрязнения и взвешивают для определения соответствия плотности, веса и проектной марки материала. Если эти значения в норме, то на 95% можете быть уверены в должном уровне устойчивости.

Абсолютно ровными гранями образец устанавливается на пресс, включается и начинается проверка. Максимальная нагрузка, при которой началось разрушение образца – это и есть предельное сжатие.

Расчетное и нормативное сопротивление бетона

Любое изделие из бетона должно выдерживать существенные нагрузки и при этом не поддаваться разрушительному воздействию внешних факторов. Параметры конструкций, при создании которых используется бетон, определяются еще во время проектирования. Перед началом проведения работ специалисты устанавливают расчетное сопротивление бетона.

Строители утверждают, что бетонные конструкции делаются из неоднородного стройматериала. Прочность нескольких образцов, при изготовлении которых использовалась одна и та же смесь, может быть совершенно разной. Именно поэтому перед специалистами встает вопрос определения прочности при помощи расчетных данных. За счет этих значений определяется сопротивление бетона сжатию. Что собой представляют расчетные показатели, и каким образом можно их определить? Какие дополнительные параметры и характеристики важно учитывать при проведении строительных работ?

Что такое расчетное сопротивление?

Специалисты получают показатели сопротивления строительного материала, разделяя нормативные сопротивления на коэффициенты. При определении прочности деталей конструкций к расчетному сопротивлению некоторых бетонных растворов иногда уменьшают либо увеличивают за счет умножения на определенные коэффициенты, учитывающие ряд факторов: многократные нагрузки, длительность воздействия нагрузок, способ изготовления изделия, его размеры и пр.

Как производить расчеты?

Каким образом нужно производить расчеты прочности конструкции, например, на ее сжатие? С этой целью строители используют специальные расчетные показатели. Для обеспечения достаточной устойчивости бетонных изделий при проведении расчетов, пользуются параметрами прочности стройматериала, которые чаще всего ниже параметров самих конструкций. Такие значения именуют расчетными. Они зависят непосредственно от нормативных (фактических) значений.

Нормативные показатели

Несколько десятилетий тому назад основным показателем прочности бетонных конструкций была их марка. При помощи данного параметра обозначают среднюю устойчивость стройматериала на сжатие. Однако после появления новых Строительных норм и правил возникли и классы прочности изделий на их сжатие.

Класс — нормативное сопротивление стройматериала осевому сжатию кубов, эталонные размеры которых составляют 15 на 15 на 15 сантиметров. Стоит отметить, что пользоваться средними расчетными показателями прочности рискованно, поскольку существует вероятность, что в одном из сечений конструкции этот параметр может оказаться ниже. Вместе с тем выбирать наименьший показатель накладнее, ведь это неоправданно увеличит сечение изделия.

Главным параметром долговечности в бетоне считается класс. В то же время помимо сжатия, значение придается и осевому растяжению. Растяжение учитывается при проведении расчетов. Таким образом, устойчивость к этому показателю (если показатель не может контролироваться) строители определяют по классу B. Для этого существует специальная таблица, в которой указаны необходимые значения с сопротивлением. В таблице указан класс и устойчивость изделий к растяжению.

Характеристики расчетного значения

Чтобы сделать надежные и долговечные конструкции, рассчитывают значения с запасом. Для получения этого значения строители прибегают к удельным сопротивлениям изделий: они разделяют их на коэффициент. Сопротивление стройматериала растяжению либо сжатию вычисляют при помощи формулы, которая выглядит следующим образом: R = Rn /g (g – коэффициент прочности). Чаще всего этот параметр равняется одному. От однородности материала зависит величина коэффициента. При этом выполнять соответствующие расчеты необязательно, поскольку получить необходимые параметры можно при помощи таблицы.

Другие характеристики

Помимо вышеуказанных параметров для выполнения определенных расчетов, понадобится ряд дополнительных характеристик:

  1. Определение удельного электрического сопротивления бетонного раствора может понадобиться, если вы решили самостоятельно осуществить обогрев смеси при помощи электродов. И чем больше показатель, тем сильнее будет нагреваться цементный раствор.
  2. Влагопроницаемость смесей позволяет определить самое сильное давление жидкости, которому способен противостоять стройматериал. Иными словами, это значение показывает, может ли влага проникнуть сквозь бетон. Водонепроницаемыми марками считаются с W2 по W20. При этом цифры указывают на давление воды, которое способна выдержать конструкция.
  3. Воздухонепроницаемость бетонного состава будет зависеть от прочности изделия. Согласно государственному стандарту, сопротивление бетона проникновению воздуха составляет 3-130 с/см3.
  4. Морозоустойчивость позволяет конструкциям из бетона выдерживать многократное замерзание, оттаивание с сохранением свойств. На рынке строительных материалов представлены марки F50-F1000 (цифры означают число циклов, которые выдерживает строительный материал). Как показывает практика, в среднем морозостойкость изделий равна показателю F200.
  5. Теплопроводимость – важная характеристика изделий, от которой будет зависеть плотность строения. Материалы, содержащие больше пор, обладают меньшей теплопроводностью, поскольку воздух, который их заполняет, является прекрасным теплоизолятором. Лучше всего теплоизоляцию обеспечивают газоблоки или пеноблоки, в структуре которых есть множество пор.

Вернуться к оглавлению

Заключение

Прочность изделий способна отличаться в зависимости от компонентов, входящих в состав материала и их пропорций. Также это объясняется тем, что стройматериал представляет собой неоднородную смесь. Вне зависимости от способа перемешивания бетонного раствора, невозможно равномерно распределить компоненты. Поэтому при проведении работ необходимо учитывать расчетное сопротивление.

Этот параметр является важным для проектирования несущих стен и других конструкций. Расчеты значений просты: они сводятся к делению нормативных значений на определенные коэффициенты.

Добавить комментарий