Jaká je hlavní charakteristika pevnosti betonu?

Protože beton je heterogenní materiál, vnější zatížení v něm vytváří komplexní stav napětí. Ve vzorku betonu vystaveném tlaku se napětí soustředí na tužší částice, které mají velký modul pružnosti, v důsledku čehož v rovinách spojení těchto částic vznikají síly, které mají tendenci přerušit spojení mezi částicemi. Současně dochází ke koncentraci stresu v místech oslabených póry a dutinami. Z teorie pružnosti je známo, že kolem otvorů v materiálu vystaveném tlaku je pozorována koncentrace tlakových a tahových napětí; ty působí na oblasti rovnoběžné s tlakovou silou. Protože v betonu je mnoho pórů a dutin, tahová napětí v jednom otvoru nebo póru se překrývají se sousedními. V důsledku toho vznikají podélná tlaková a příčná tahová napětí ve vzorku betonu vystaveném axiálnímu tlaku (sekundární pole napětí).
K destrukci stlačitelného vzorku, jak ukazují testy, dochází v důsledku prasknutí betonu v příčném směru. Nejprve se v celém objemu objevují mikroskopické separační trhliny. S rostoucím zatížením se trhliny spojují a vytvářejí viditelné trhliny směřující rovnoběžně nebo mírně nakloněné ke směru tlakových sil. Trhliny se poté otevřou, doprovázené zjevným zvětšením objemu. Nakonec dojde k úplnému zničení.
Je pozorováno selhání stlačitelných vzorků vyrobených z různých materiálů s vysokou strukturální integritou v důsledku prasknutí v příčném směru. U betonových vzorků se tento jev rozvíjí také pod vlivem sekundárního pole napětí. Z výsledků ultrazvukových měření lze určit mez tvorby strukturních mikrodestrukcí betonu při zatížení. Rychlost ultrazvukových vibrací v, šířících se přes čáry působení tlakových napětí, klesá s rozvojem mikrotrhlin v betonu. Tlakové napětí v betonu, při kterém začíná vznik mikrotrhlin, odpovídá začátku poklesu rychlosti ultrazvuku na křivce. Pevnostní a deformační vlastnosti betonu se posuzují podle hodnoty napětí.
Nepravidelnost v uspořádání částic tvořících beton, v umístění a velikosti pórů vede k tomu, že při zkoušení vzorků vyrobených ze stejné betonové směsi se získávají nestejné indikátory pevnosti – rozptyl pevnosti. Pevnost betonu závisí na řadě faktorů, z nichž hlavní jsou: 1) technologické faktory, 2) stáří a podmínky tuhnutí, 3) tvar a velikost vzorku, 4) druh napjatosti a dlouhodobé procesy. Beton pod různým namáháním – tlakem, tahem a smykem – má různou dočasnou odolnost.
Třídy a druhy betonu. V závislosti na účelu železobetonových konstrukcí a provozních podmínkách jsou stanoveny ukazatele kvality betonu, z nichž hlavní jsou:
třída betonu pro osovou pevnost v tlaku B; ve všech případech uvedeno v projektu; třída betonu pro osovou pevnost v tahu se přiřazuje v případech, kdy má tato charakteristika prvořadý význam a je kontrolována ve výrobě;
Třída mrazuvzdornosti betonu by měla být přiřazena pro konstrukce, které jsou vystaveny střídavému zmrazování a rozmrazování ve vlhkém stavu (otevřené konstrukce, uzavírací konstrukce atd.);
voděodolná třída W; určeno pro konstrukce, na které se vztahují požadavky na těsnost (nádrže, tlakové potrubí atd.);
hustota stupeň D; je předepsána pro konstrukce, které kromě pevnostních požadavků podléhají požadavkům na tepelnou izolaci, a je sledována ve výrobě.
Stanovená třída a jakost betonu se získá vhodnou volbou složení betonové směsi s následným testováním kontrolních vzorků. Vysoká pevnost betonu v tlaku je jeho nejcennější vlastností, hojně využívanou v železobetonových konstrukcích. Z těchto důvodů je ve všech případech uvedena hlavní charakteristika – třída betonu z hlediska pevnosti v tlaku.
Třída betonu z hlediska osové pevnosti v tlaku B (MPa) je dočasná pevnost v tlaku betonových kostek o velikosti hrany 15 cm, zkoušená po 28 dnech skladování při teplotě 20±2°C dle GOST, přičemž v úvahu statistickou variabilitu pevnosti. Doba tvrdnutí betonu je nastavena tak, aby do doby zatížení konstrukce návrhovým zatížením bylo dosaženo požadované pevnosti betonu. U monolitických konstrukcí s použitím běžného portlandského cementu se tato doba obvykle považuje za 28 dní. U prefabrikovaných prvků prefabrikovaných konstrukcí může být pevnost betonu při popouštění nižší než jeho třída; je stanovena podle norem a technických specifikací v závislosti na podmínkách přepravy, montáže, dobách zatížení konstrukce atd. Třídy betonu z hlediska pevnosti v tlaku pro železobetonové konstrukce jsou stanoveny těmito normami: pro těžký beton B7,5 10; V 12,5 HODIN; B15; B20; IN 35; VZO; B40; B45; B50; B55; B60; B2,1; pro jemnozrnný beton typu A na písku s moduly velikosti částic 40 a více – ve stejném rozsahu do B1 včetně; typ B s modulem velikosti částic menším než 60 – ve stejném rozsahu až do VZO včetně; typ B, autoklávovaný – ve stejném rozsahu do B40 včetně; pro lehký beton – ve stejném rozsahu do BXNUMX včetně.
Třídy betonu pro osovou pevnost v tahu VD8; B 1,2; B 1,6; AT 2; V2.4; B2,8; B,3,2 charakterizují osovou pevnost betonu v tahu (MPa) podle GOST s přihlédnutím ke statistické variabilitě pevnosti.
Stupně mrazuvzdornosti betonu od F25 do F500 charakterizují počet cyklů střídavého zmrazování a rozmrazování ve stavu nasyceném vodou, který lze vydržet.
Vodotěsné druhy betonu od W2 do W12 charakterizují maximální tlak vody, při kterém ještě nebylo pozorováno, aby prosakovala zkušebním vzorkem.
Stupně hustoty betonu od D800 do D2400 charakterizují průměrnou hustotu (kg/m3).
Optimální třída a třída betonu se volí na základě technických a ekonomických úvah v závislosti na typu železobetonové konstrukce, jejím napjatosti, způsobu výroby, provozních podmínkách atd. Doporučuje se použít třídu betonu pro železobetonovou tlačenou tyč prvky alespoň B15. Pro konstrukce vystavené značným tlakovým silám (sloupy, oblouky atd.) jsou výhodné relativně vysoké třídy betonu – B20-VZO; pro předpjaté konstrukce jsou v závislosti na typu předpjaté výztuže vhodné třídy betonu B20–B40; pro ohýbané prvky bez předpětí (desky, nosníky) se používá třída B15.
Lehké betony na bázi porézního kameniva a cementových pojiv se stejnými třídami a stupni mrazuvzdornosti a voděodolnosti se používají v prefabrikovaných a monolitických železobetonových konstrukcích na úrovni těžkých betonů. U mnoha provedení jsou velmi účinné, protože vedou ke snížení hmotnosti.
Vliv času a podmínek tuhnutí na pevnost betonu. Pevnost betonu se zvyšuje po dlouhou dobu, ale její nejintenzivnější růst je pozorován v počátečním období tvrdnutí. Pevnost betonu připraveného s portlandským cementem se rychle zvyšuje v prvních 28 dnech a u pucolánového a struskového portlandského cementu se zvyšuje pomaleji v prvních 90 dnech. Ale i následně, za příznivých podmínek tuhnutí – kladná teplota, vlhké prostředí – může pevnost betonu narůstat po velmi dlouhou dobu, měřeno v letech. Tento jev se vysvětluje dlouhým procesem petrifikace cementové malty – tuhnutím gelu a růstem krystalů. Podle experimentálních údajů se pevnost vzorků betonu skladovaných po dobu 10 let ve vlhkém prostředí zvýšila dvakrát, v suchém prostředí 1,4krát; v jiném případě se nárůst síly zastavil do konce prvního roku. Pokud beton zůstane suchý, jak je tomu často při provozu většiny železobetonových konstrukcí, pak po prvním roce již nelze očekávat další nárůst pevnosti.
Proces tvrdnutí betonu se výrazně zrychluje se zvyšující se teplotou a vlhkostí. Za tímto účelem se železobetonové výrobky v továrnách podrobují tepelnému zpracování při teplotách do 90 °C a vlhkosti do 100 %, nebo speciální autoklávové úpravě při vysokém tlaku páry a teplotě asi 170 °C. Tyto metody umožňují získat beton o pevnosti ~70 % návrhové pevnosti do XNUMX hodin. Tvrdnutí betonu při záporných teplotách se prudce zpomalí nebo zastaví.
Kubická pevnost betonu v tlaku. Při osovém stlačení se kostky ničí výbuchem betonu v příčném směru. Sklon lomových trhlin je dán třecími silami, které vznikají na styčných plochách – mezi lisovacími podložkami a čely krychle. Třecí síly směřující dovnitř zabraňují volným příčným deformacím krychle a vytvářejí klecový efekt. Přídržný vliv třecích sil klesá se vzdáleností od čelních ploch krychle, proto má krychle po destrukci podobu komolých jehlanů spojených malými podstavami. Pokud se při axiálním stlačování krychle eliminuje vliv třecích sil mazáním styčných ploch, volně se objevují příčné deformace, praskliny se stávají svislými, rovnoběžnými s působením tlakové síly a dočasný odpor se snižuje přibližně o polovina. Kostky se podle normy testují bez mazání styčných ploch.
Experimenty prokázaly, že pevnost betonu stejného složení závisí na velikosti krychle: pokud je dočasná pevnost betonu v tlaku pro základní krychli s hranou 15 cm rovna R, pak pro krychli s hranou 20 cm se zmenšuje a rovná se přibližně 0,93 R a pro krychli s hranou 10 cm se zvětšuje a je rovna ~1,1 R.
To se vysvětluje změnou efektu klece se změnou velikosti krychle a vzdálenosti mezi jejími konci. Prizmatická pevnost betonu v tlaku. Železobetonové konstrukce se od kostek liší tvarem, takže krychlovou pevnost betonu nelze přímo použít při výpočtu pevnosti konstrukčních prvků. Hlavní charakteristikou pevnosti betonu tlačených prvků je prizmatická pevnost Rb – dočasná odolnost proti osovému tlaku betonových hranolů. Experimenty na betonových hranolech s velikostí strany základny a a výškou h ukázaly, že prizmatická pevnost betonu je menší než krychlová pevnost a že s rostoucím poměrem h/a klesá.
Rb se bere také jako charakteristika pevnosti betonu v tlačené oblasti ohybových prvků a místo skutečného zakřiveného diagramu napětí betonu v tlačené zóně v mezním stavu se bere konvenční obdélníkový diagram napětí.
Pevnost betonu v tahu závisí na pevnosti v tahu cementového kamene a jeho přilnavosti ke zrnům kameniva. Podle experimentálních údajů je pevnost v tahu betonu 10–20krát menší než v tlaku a relativní pevnost v tahu klesá s rostoucí třídou betonu. Při experimentech je pozorován ještě větší rozptyl pevnosti ve srovnání s tlakem. Zvýšení pevnosti betonu v tahu lze dosáhnout zvýšením spotřeby cementu, snížením W/C a použitím drceného kamene s drsným povrchem.
Vzhledem k heterogenitě betonové struktury nedává tento vzorec vždy správné hodnoty Rbt. Hodnota Rbt je stanovena tahovou zkouškou osmičkových vzorků, štípáním válcových vzorků a ohybovými zkouškami betonových nosníků.
Pevnost betonu při střihu a štípání. Ve své čisté formě se smykový jev skládá z rozdělení prvku na dvě části podél průřezu, na který působí smykové síly. V tomto případě má významný vliv smyková odolnost zrn velkých kameniv, pracujících jako pera ve smykové rovině. Při střihu se rozložení napětí po ploše průřezu považuje za rovnoměrné.
U železobetonových konstrukcí je čistý řez vzácný; obvykle je doprovázena působením podélných sil. Odolnost betonu proti odlupování nastává, když jsou železobetonové nosníky ohýbány, dokud se v nich neobjeví šikmé trhliny. Smyková napětí podél výšky sekce se mění podél čtvercové paraboly. Dočasná odolnost proti vyštípnutí při ohybu je podle experimentálních údajů 1,5–2krát větší.
Pevnost betonu při dlouhodobém zatížení. Podle experimentálních údajů při dlouhodobém zatížení a vysokém namáhání, pod vlivem rozvíjejících se výrazných nepružných deformací a strukturálních změn, beton selhává při napětích menších, než je dočasný osový odpor Rb v tlaku. Pokud při provozu konstrukce v podmínkách příznivých pro zvyšování pevnosti betonu úroveň napětí postupně klesá, nemusí se negativní vliv dlouhodobého součinitele zatížení projevit.
Pevnost betonu při opakovaném opakovaném zatížení. Působením vícenásobného opakovaného zatížení s opakovatelností několika milionů cyklů dochází ke snížení dočasné pevnosti betonu v tlaku pod vlivem rozvoje strukturních mikrotrhlin. Mez pevnosti betonu při opakovaném opakovaném zatížení nebo mez únosnosti betonu Rr podle experimentálních dat závisí na počtu zatěžovacích a odlehčovacích cyklů a poměru střídavě se vyskytujících minimálních a maximálních napětí nebo na asymetrii cyklu p. Na křivce únosnosti je počet cyklů n vynesen podél vodorovné osy a hodnota periodicky se měnící meze únosnosti betonu Rr je vynesena podél osy pořadnice. S rostoucím počtem cyklů n se Rr snižuje; napětí na vodorovném úseku křivky se nazývá absolutní mez únosnosti.
Praktická mez únosnosti Rr závisí na charakteristice cyklu p téměř lineárně, její nejmenší hodnota je Rr = 0,5 Rb.
Nejnižší hodnota meze únosnosti, jak ukazují studie, je spojena s hranicí tvorby strukturních mikrotrhlin. Tento vztah mezi Rr a Rcr umožňuje najít mez odolnosti na základě primárního zatížení vzorku stanovením meze tvorby strukturních mikrotrhlin pomocí ultrazvukového zařízení.
Hodnota Rr je nezbytná pro výpočet únosnosti železobetonových konstrukcí vystavených dynamickému zatížení – jeřábové nosníky, podlahy některých průmyslových budov atd.
Dynamická pevnost betonu. Při dynamickém zatížení vysoké intenzity, ale krátkého trvání, vznikajícího v důsledku rázových a explozivních účinků, je pozorováno zvýšení dočasné odolnosti betonu – dynamické pevnosti. Čím kratší je doba od zatížení vzorku betonu daným dynamickým zatížením (resp. čím větší je rychlost růstu napětí MP a/s), tím větší je koeficient dynamické pevnosti betonu.
Tento koeficient je roven poměru dynamické dočasné pevnosti v tlaku Rd k prizmatické pevnosti. Pokud je například doba zatížení dynamickým destruktivním zatížením 0,1, pak koeficient ka=l,2. Tento jev se vysvětluje schopností betonu pohlcovat energii, který je vystaven pouze elastickému zatížení během krátké doby dynamického zatížení.

Pevnost betonu je třeba znát při plánování výstavby soukromého domu a při výstavbě dalších železobetonových konstrukcí. Hlavní faktory pevnosti betonu závisí na vlastnostech cementu, jeho složení, čerstvosti a postupu práce s cementovou směsí.

Klasifikace betonu podle pevnosti

Beton je klasifikován na základě výsledků laboratorních testů. Betonové prvky se vybírají tak, aby jejich pevnost odpovídala provozním charakteristikám konstrukce, která má být postavena z konkrétní třídy nebo třídy betonu. Některé příklady jsou uvedeny v tabulce:

Oblasti použití betonu různých tříd a jakostí

Třída	Označit	Aplikace
V7,5	M75	obrubníky, silniční desky
V12,5	M100	překlady, základy lehkých staveb, zahradní cesty pro pěší
V15	M200	jednopatrové, dvoupatrové domy
V20	M250	základy, plošiny, podlahy, schodiště
V25	M350	stěny, bazény, základy
V30	M400	mosty, přehrady

Jak se měří pevnost betonu?

Pevnost betonu v souladu s třídou se měří v MPa, udává mezní pevnost materiálu v tlaku. Čím je toto číslo nižší, tím je beton lehčí. Značka označená jako „M“ s číslem udává průměrný výdržný tlak v kgf/cm2.

Jaké jsou silné stránky betonu?

Existuje několik hlavních typů pevnosti betonu:

• design – daná pevnost, které musí být dosaženo za 28 dní;
• kritická – pevnost dosažená 7. den kalení, při které není materiál negativně ovlivněn vnějším prostředím;
• pevnost v tahu – schopnost nepoškodit se při natahování;
• ohýbání – schopnost odolávat ohýbání.

Jak určit pevnostní třídu betonu

Stavební laboratoř používá k měření krychlové a prizmatické pevnosti betonu různé metody, včetně mechanických a ultrazvukových. Doba zkoušky je stanovena individuálně se zaměřením na provozní vlastnosti železobetonové konstrukce.

Faktory ovlivňující sílu

Pevnostní charakteristiky závisí na složení materiálu, komponentech, podmínkách míchání a vytvrzování, dodržování přepravních a instalačních pravidel. Takže při pokládce betonové směsi je nutné dodržet postup zpracování spáry – čištění, vroubkování, mytí.

Jak závisí pevnost betonu na čase?

Síla se získává hydratační reakcí a roste nejrychleji první den. V dalších dnech se rychlost snižuje. Beton dosahuje kritické pevnosti 7. den v MPa, návrhové pevnosti 28. den. Závislost síly na čase se vypočítá pomocí vzorce:

Rb(n) = Rb(28) log / log28

• Rb – síla;
• n—počet dní;
• lg je logaritmus stáří betonu v desetinných zlomcích.

Na jakých parametrech závisí pevnost betonu?

Podmínky pro dosažení optimální pevnosti betonu jsou ovlivněny parametry prostředí:

• teplota 15-20 stupňů;
• vlhkost 90-100%.

Beton se doporučuje pravidelně vlhčit vodou a při příliš suchém vzduchu jej zakrýt plastovou fólií. V chladném období musí být materiál zahřátý, aby se kalení nezastavilo.

Jaké faktory ovlivňují pevnost betonu?

Síla závisí na kombinaci několika parametrů:

• Cementová činnost. Tento parametr určuje klasifikaci betonu podle jakosti na základě pevnosti v MPa. Aktivita je ovlivněna jemností mletí, složením a přítomností nečistot a čerstvostí. Například cement, který je nahrubo mletý, nepodléhá úplné hydrataci, a proto má materiál menší pevnost.
• Podíl vody a cementu. Čím méně vody, tím vyšší pevnost. Hydratace je nejúspěšnější, pokud cementová směs obsahuje 20-30% vody. Pak se ale směs ukáže jako příliš tvrdá a nemusí být dostatečně zhutněná. Proto se přidává voda a změkčovadlo.
• Typ plniva. Hrubá plniva, jako je drcený kámen, lépe přilnou ke složkám kompozice a zlepšují pevnostní charakteristiky.
• Metody hnětení. Zvýšené pevnosti je dosaženo mokrou aktivací cementu. Roztok bez písku se vloží do míchačky na beton, několik minut se tře a poté se přidá písek. Další metodou míchání je vibrační aktivace cementu během míchání.
• Posílení. Do betonu se přidává výztuž nebo objemové vlákno, díky kterému se méně smršťuje. Také pro zvýšení pevnosti o 10-30% je čerstvě položený beton podroben vibračnímu ošetření.

Metody stanovení pevnosti betonu

Pevnost betonu je stanovena v souladu s GOST 10180-2012 v certifikované laboratoři. Po sérii experimentů se vzorky je vyplněn protokol pro stanovení pevnosti betonu.

Jaké metody existují pro stanovení pevnosti betonu:

• Nedestruktivní metoda. Používá se skleometr, přístroj na měření pevnosti betonu. Jde o speciální kladivo, které naráží na vzorek. Poté se provedou měření pro výpočet síly: úhel dopadu, průměrná hodnota odrazu, převodní křivky.
• Separace se sekáním. Tyč je umístěna do prototypu během výrobního procesu a vytažena během testování.
• Ultrazvuková metoda. Provádí se pomocí zařízení Pulsar. Měří se doba expanze akustických vln, poté se údaje porovnávají s hustotou a elasticitou materiálu.
• Odsazení. Použijte razítko a kulové kladivo.

Variační koeficient pevnosti betonu

Variační koeficient určuje, jak homogenní je složení betonové směsi. Heterogenní složení má nerovnoměrně rozloženou hustotu, což vytváří riziko strukturálního kolapsu. Pro výpočet koeficientu se materiál stejné třídy testuje v několika sériích. Čím nižší je variační koeficient, tím je složení homogennější a lepší.