Základní fyzikální a mechanické vlastnosti betonu a výztuže – Železobetonové a kamenné konstrukce

Přednáška č. 2 Téma: Základní fyzikální a mechanické vlastnosti betonu a výztuže Plán: 2.1. Pevnost betonu v tlaku a tahu. 2.2. Výztuž pro železobetonové konstrukce.

Doporučené materiály

Nadace a nadace
Budova
Návrh budovy mateřské školy pro 320 dětí
Budova
16patrový obytný dům s monolitickou konstrukcí v Krasnodaru
Budova
14patrový 84bytový bytový dům
Budova
Návrh třípokojového obytného domu
Budova
Ocelová konstrukce jednopatrové průmyslové budovy
Budova

2.1. Pevnost betonu v tlaku a tahu. Struktura betonu, v důsledku heterogenity složení a rozdílu v metodách přípravy, má významný vliv na všechny fyzikální a mechanické vlastnosti. Pevnost betonu závisí na řadě faktorů: – technologické faktory: složení, vodocementový poměr, vlastnosti původních materiálů; – stáří a podmínky tvrdnutí; – tvar a velikost vzorku; – typ napjatosti a doba expozice. Beton má různou dočasnou odolnost v tlaku, tahu a smyku.

Pevnost betonu při axiálním tlaku.

Rozlišuje se mezi kubickými (R) a hranolové (R_b) axiální tlaková pevnost betonu. Při axiálním stlačení se krychle ničí v důsledku prasknutí betonu v příčném směru. V tomto případě je pozorován jasně vyjádřený klecový efekt – v krychli, na plochách v kontaktu s lisovacími deskami (zóny přenosu síly), vznikají třecí síly směřující dovnitř krychle, které brání volným příčným deformacím. Pokud se tento efekt eliminuje, dočasný odpor krychle vůči stlačení se sníží přibližně o polovinu. Experimenty ukázaly, že pevnost betonu závisí také na velikosti vzorku. To se vysvětluje změnou vlivu klecového efektu na deformace betonu se změnou velikosti a tvaru vzorku (obr. 4). Protože se skutečné železobetonové konstrukce liší tvarem od krychlí, při výpočtu jejich pevnosti je hlavní charakteristikou betonu v tlaku prizmatická pevnost R_b— dočasná odolnost betonových hranolů vůči axiálnímu stlačení. Experimenty na betonových hranolech se základní stranou а a vysoký h ukázalo, že prizmatická pevnost betonu je menší než kubická pevnost a klesá se zvyšujícím se poměrem h/aVliv třecích sil na koncích hranolu klesá se zvyšující se výškou a v poměru h/a = 4 hodnota R_b se téměř ustálí a rovná se přibližně 0.75R.

Osová pevnost betonu v tahu.

Závisí na pevnosti v tahu cementového kameniva a jeho přilnavosti k zrnům kameniva. Podle experimentálních údajů je pevnost betonu v tahu 10 až 20krát menší než pevnost v tlaku. Zvýšení pevnosti betonu v tahu lze dosáhnout zvýšením spotřeby cementu, snížením poměru vody k cementu a použitím drceného kameniva s drsným povrchem. Dočasnou odolnost betonu vůči osovému tahu (MPa) lze určit pomocí empirického vzorce: ₃___ R_bt = 0.233 ÖR 2 Vzhledem k heterogenitě betonu udává tento vzorec pouze přibližné hodnoty. R_bt, přesné hodnoty se získají tahovou zkouškou vzorků ve tvaru osmičky.

Smyková a odštípávací pevnost betonu.

Smyková odolnost je rozdělení prvku na dvě části podél průřezu, na které působí smykové síly. V tomto případě je hlavní smyková odolnost zajištěna zrny velkých plniv, která fungují jako klíče. Dočasnou smykovou odolnost lze určit empirickým vzorcem R_sh @2R_bt; Odolnost betonu ve smyku nastává, když jsou železobetonové nosníky ohýbány, dokud se v nich neobjeví šikmé trhliny. Smyková napětí se mění podél výšky průřezu podél čtvercové paraboly. Podle experimentálních údajů je dočasná odolnost ve smyku během ohybu 1.5 ¸ 2krát větší. R_bt.

Třídy a druhy betonu.

V závislosti na účelu železobetonových konstrukcí a provozních podmínkách se stanovují ukazatele kvality betonu, z nichž hlavní jsou: n třída pevnosti v osovém tlaku В; jsou v projektech ve všech případech uvedeny jako hlavní charakteristika; pro těžký beton normy stanoví následující řadu tříd – В7.5, B10, B12.5, B15, B20, B25, B30, B35, B40, B45, B50, B55, B60. pro jemnozrnné v závislosti na skupině v rozsahu od В7.5 až B60 pro lehký beton v závislosti na průměrné hustotě В3.5 — B40. n třída axiální pevnosti v tahu В_t, je přiřazena v případech, kdy má tato charakteristika prvořadý význam a je kontrolována ve výrobě; В_t0.8; B_t1.2; B_t1.6; B_t2; B_t2.4; B_t2.8; B_t3.2; stupeň mrazuvzdornosti n F; přiřazený konstrukcím vystaveným střídavému mrznutí a tání ve vlhkém stavu; Charakterizuje počet střídavých cyklů mrznutí a tání, které beton vydrží ve stavu nasyceném vodou, za předpokladu, že pokles pevnosti není větší než 15 %. Pro těžký a jemnozrnný beton – F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500. Pro lehký beton – F25 – F500. Pro pórobeton – F15 – F100. n stupeň vodotěsnosti W; přiřazeno konstrukcím, na které jsou kladeny požadavky na omezenou propustnost (nádrže atd.); W2, W4, W6, W8, W10, W12. Charakterizuje maximální tlak vody (kg/cm2), při kterém nedochází k prosakování zkušebním vzorkem v rámci požadavků normy. třída n podle průměrné hustoty D; přiřazováno konstrukcím, které kromě požadavků na pevnost mají také požadavky na tepelnou izolaci a jsou kontrolovány ve výrobě. Těžký beton od D2200 do D2500; lehký beton od D800 do D2000; pórobeton od D800 do D1400. n Specifikovaná třída a jakost betonu se získá vhodným výběrem složení betonové směsi a následným zkoušením kontrolních vzorků. Třída betonu podle axiální pevnosti v tlaku В (MPa) je dočasná pevnost v tlaku betonových kostek s velikostí žebra 150 mm, zkoušená dle normy ve stáří 28 dnů během skladování za standardních podmínek (při teplotě 20 ± 2 °C a vlhkosti vzduchu nejméně 60 %) a akceptovaná se spolehlivostí 0.95. 2.2. Výztuž pro železobetonové konstrukce

Účel a typy armatur.

Jak je uvedeno v přednášce č. 1, výztuž v železobetonových konstrukcích se instaluje především proto, aby odolala tahovým silám. Potřebné množství výztuže se určí výpočtem konstrukčních prvků pro zatížení a rázy. Výztuž instalovaná podle výpočtu se nazývá pracovní; instalováno z konstrukčních a technologických důvodů – montážní místnostMontážní výztuž zajišťuje návrhovou polohu pracovní výztuže v konstrukci a rovnoměrnější rozložení sil mezi jednotlivými pruty pracovní výztuže. Montážní výztuž navíc odolá silám ze smršťování betonu, teplotních rozdílů atd., které se obvykle při výpočtu nezohledňují. Pracovní a montážní výztuž se slučují do výztužné výrobky — svařované a pletené sítě a rámy, které se umisťují do železobetonových konstrukcí v souladu s povahou jejich práce při zatížení. Výztuž se klasifikuje podle 4 znaků: 1) v závislosti na technologii výroby — tyčová a drátěná. Tyčovou výztuží se rozumí výztuž jakéhokoli průměru v rozmezí 6 ¸ 40 mm, bez ohledu na to, jak ji průmysl dodává — v tyčích (D> 12 mm, délka do 13 m) nebo ve svitcích (hmotnost do 1300 kg). 2) v závislosti na způsobu následného zpevnění — za tepla válcovaná výztuž může být tepelně zpevněna nebo zpevněna za studena — tažením, tažením. 3) Podle tvaru povrchu — může být periodického profilu nebo hladká. Výstupky ve formě žeber na povrchu tyčové výztuže periodického profilu, hřebeny nebo prohlubně na povrchu drátěné výztuže výrazně zlepšují přilnavost k betonu. 4) podle způsobu aplikace — předpjatá a nepřepjatá výztuž.

Mechanické vlastnosti betonářských ocelí.

Pevnostní a deformační charakteristiky betonářských ocelí se určují pomocí diagramu napětí-deformace. Za tepla válcovaná betonářská ocel, která má na diagramu mez kluzu, má po přetržení značné prodloužení – až 25 % (měkká ocel). Napětí, při kterém se deformace vyvíjejí bez znatelného zvýšení zatížení, se nazývá fyzikální mez kluzu betonářské oceli, napětí předcházející přetržení se nazývá dočasný odpor betonářské oceli. Zvýšení pevnosti za tepla válcované oceli a snížení prodloužení při přetržení se dosahuje zavedením uhlíku a různých legujících přísad do jejího složení. Významného zvýšení pevnosti za tepla válcované betonářské oceli se dosahuje tepelným kalením nebo deformací za studena. Obr. 5Deformační diagram „měkkých“ betonářských ocelí

Klasifikace výztuže.

V závislosti na svých hlavních mechanických vlastnostech se za tepla válcovaná výztuž dělí do 6 tříd s konvenčním označením AI, A-II, A-III, A-IV, AV, A-VI. Výztuž 4 tříd – At-III a vyšších – je podrobena tepelnému zpevnění. Doplňkové písmeno C označuje možnost spojování svařováním; písmeno K označuje zvýšenou odolnost proti korozi. Výztuž třídy A-III podrobená tažení za studena je označena doplňkovým indexem B. Výztuž všech tříd má periodický profil, s výjimkou hladké výztuže třídy A-I. Výztuž tříd AI, A-II, A-III má fyzikální mez kluzu 230 – 400 MPa a vysoce legovaná výztuž tříd A-IV, AV, A-VI a tepelně zpevněná výztuž má konvenční mez kluzu 600 – 1000 MPa. Relativní prodloužení po přetržení závisí na třídě výztuže. Výztuž tříd A-II, A-III (14-19 %) má značné prodloužení, výztuž tříd A-IV, AV, A-VI a tepelně zpevněná výztuž všech tříd (6-8 %) má poměrně malé prodloužení. Výztužný drát o průměru 3-8 mm se dělí do dvou tříd: Bp-I – běžný výztužný drát (tažený za studena, nízkouhlíkový), určený hlavně pro výrobu sítí; B-II, Bp-II – vysokopevnostní výztužný drát (opakovaně tažený, uhlíkový), používaný jako předpjatá výztuž předpjatých prvků. Periodický profil je označen doplňkovým indexem. р – B_p-Já, B._p-IIHlavní mechanickou vlastností drátu je jeho pevnost v tahu. s_u, který se zvyšuje se snižujícím se průměrem drátu. Pro běžný výztužný drát —s_u = 550 MPa, pro vysokopevnostní drát – s_u = (1300 – 1900) MPa.

Použití výztuže v konstrukcích.

Jako nepjatá výztuž se používá: tyčová výztuž třídy A-III, At-III, výztužný drát třídy Bp-I s poměrně vysokými pevnostními ukazateli. Pokud pevnost výztuže třídy A-III není v konstrukci plně využita v důsledku nadměrných deformací nebo otevírání trhlin, lze použít výztuž třídy A-II. Výztuž třídy AI lze použít jako montážní výztuž, stejně jako pro třmínky pletených rámů, příčné pruty svařovaných rámů. Jako předpjatou výztuž se doporučuje použít tepelně zpevněnou tyčovou výztuž tříd At-IV, At-V, At-VI, za tepla válcovanou výztuž tříd , A-IV, AV, A-VI. U prvků delších než 12 m se doporučuje použít výztužná lana tříd K-7, K-19 a vysokopevnostní drát; je přípustné použít tyče tříd A-IV, AV. Při výběru betonářské oceli pro použití v konstrukcích se bere v úvahu její svařitelnost. Za tepla válcovaná výztuž tříd od AI do A-VI, At-IIIC, At-IVC a běžný výztužný drát v sítích se dobře svařují kontaktním svařováním.

Svařované výztužné výrobky.

Svařované sítě se vyrábějí dle normy z běžného výztužného drátu o průměru 3 ¸ 5 mm a výztuže třídy A-III o průměru 6 ¸ 10 mm. Sítě se dodávají v rolích i plochých formátech. U rolovacích sítí je největší průměr podélných pracovních tyčí 7 mm. Šířka sítě je omezena na 3800 mm, hmotnost role nepřesahuje 1300 kg a délka sítě nepřesahuje 9 m. Přednáška „8 Systém kabelových kanálů digitálního standardu gsm-r“ také obsahuje mnoho užitečných informací. Hlavní parametry standardních sítí při označování D-v kde D d — průměry podélných a příčných tyčí, v, u — rozteč podélných a příčných tyčí. Ploché svařované rámy jsou vyrobeny z jedné nebo dvou podélných pracovních tyčí a k nim přivařených příčných tyčí. Koncové vývody podélných a příčných tyčí musí být alespoň 0.5D+d nebo 0.5d+D a alespoň 20 mm. Prostorové rámce jsou tvořeny z plochých, v některých případech pomocí ojnic.

Pevnost betonu je vlastnost, která je právem považována za jednu z nejdůležitějších pro základní stavební materiál. Nejčastěji se zkouší pevnost v tlaku – takto se určuje pevnostní třída. Pokud však betonová konstrukce trpí nejen tlakem, ale také tahem nebo ohybem, musí být tento bod ve výpočtech uveden – čísla ovlivní výběr jakosti betonu.

Existují pouze dvě charakteristiky pevnosti – značka nebo třída stejné síly. Standardní určovací lhůta je 28 dní, ale existují výjimky a poté se podmínky mění: 3 nebo 7 dní, 60, 90 nebo dokonce 180 dní.

Schéma vývoje pevnosti betonu

Co ovlivňuje pevnost betonu

Pevnost betonu je přímo ovlivněna:

1. Cement a jeho aktivita – čím je vyšší, tím lepší je výkon hotového betonu.
2. Množství pojiva ve směsi. Zde musí být vše přísně podle pokynů, protože zvýšení množství bude fungovat až do určité hranice, a pokud je procento porušeno, zvýší se smrštění betonu, jeho takzvané dotvarování.
3. Poměr vody a cementu (poměr voda-cement). Betonová směs typicky obsahuje od 40 do 70 % vody. Pokud je toho více, bude beton nadměrně porézní, což sníží ukazatele pevnosti.
4. Kvalita vody. Zdá se, že do betonu můžete nalít jakoukoli vodu. Do kompozice se zpravidla přidává voda z vodovodu, potravinářská voda a ještě více – je testována v laboratoři na přítomnost nečistot.
5. Složení kameniva je granulometrické a mineralogické. V tomto segmentu je věnována pozornost poměru velkých a malých částic. Částice prachu a jílu jsou také nepřijatelné – to vše snižuje pevnost betonu.

Aby beton získal pevnost včas, je důležité udržovat optimální podmínky pro tento proces a také vytvořit vibrační efekt během pokládky – usnadní to uvolnění přebytečného vzduchu. Zde je však velmi jemná čára – při překročení prahu vibrací se může začít směs oddělovat.

Tabulka pevnosti betonu

Shoda třídy betonu (M) s třídou (B) a pevností v tlaku.

Pro stanovení pevnosti betonu se vždy zhotovují vzorky (mají různé tvary), poté se v laboratořích testují na tlak na speciálním stroji vybaveném lisem. V závislosti na pevnostních charakteristikách betonu se mohou lišit i náklady.

Písek je nepostradatelnou součástí mnoha stavebních směsí, ale často se objeví nápad je zlevnit.

Materiály používané pro základové práce musí být vysoce kvalitní a vhodné pro ně.

Při provádění různých stavebních a opravárenských prací jsou velmi žádané dva materiály odvozené z betonu – lámaný kámen a drcený kámen.

Samotný libový beton se vyznačuje tím, že se na jeho výrobu spotřebuje méně vody.

K situacím, kdy je nutné položit provizorní silnici, a to rychle a levně, dochází často.