Упругие свойства и ползучесть бетона
Упругие свойства бетона характеризуются его модулем упругости и максимальной сжимаемостью при разрушении. Отношение напряжения к деформации, которая возникает в бетоне под нагрузкой, характеризует такой показатель, как модуль упругости.
Величина модуля упругости бетона непостоянна и находится в прямой зависимости от марки и типа бетона. Модуль упругости также зависит от размера заполнителей и их модуля упругости, расхода цемента, способа твердения и возраста бетона.
Если увеличивать долю компонентов бетона с более высоким модулем упругости, мы увеличим общий модуль упругости бетона. Эти компоненты являются наполнителями. Если учесть, что для получения бетона той же прочности с использованием более крупных заполнителей требуется меньше цемента, то увеличение размера заполнителей должно также увеличивать модуль упругости бетона.
На практике модуль упругости характеризует способность бетона к упругим деформациям. Однако упругие деформации бетона наблюдаются только в начальный момент и при быстром увеличении нагрузки – это так называемый мгновенный модуль упругости. При малых нагрузках происходит пластическая деформация бетона, и полученное значение модуля упругости не может характеризовать его способность к упругой деформации. Ползучесть бетона — это процесс малых непрерывных пластических деформаций, возникающих в бетоне при длительном статическом нагружении. Общий характер ползучести материалов, включая бетон, объясняется четырьмя характерными явлениями: нагрузкой, уменьшающейся скоростью ползучести, равномерной скоростью ползучести и увеличивающейся скоростью ползучести. Склонность бетона к пластической деформации начинает проявляться после приложения мгновенной нагрузки, и до достижения 50–60% от предельной прочности ползучесть бетона увеличивается прямо пропорционально времени. При более высоких нагрузках ползучесть начинает значительно прогрессировать, и линейность пластической деформации бетона во времени нарушается. Анализ ползучести под нагрузкой показывает, что с ростом прочности склонность бетона к ползучести уменьшается при условии постоянной нагрузки. Учитывая, что бетон равномерно уплотняется во времени, его ползучесть также должна уменьшаться со временем.
Скорость пластической деформации, возникающая в материале, подверженном нагрузкам, превышающим предел упругости, изменяется следующим образом. Пластические деформации первоначально возникают резко и интенсивно, но затем замедляются, и в определённый момент скорость ползучести становится прямо пропорциональной времени действия нагрузки. Разрушение материала вследствие ползучести происходит значительно дольше предельного срока службы материала при условии соблюдения технических требований к его качеству. Однако в некоторых строительных конструкциях ползучесть может привести к разрушению конструкции уже на стадии её первого проявления, то есть задолго до разрушения бетона этим явлением.
Причина этого заключается в том, что ползучесть вызывает необратимые и нарастающие деформации в бетонных конструкциях и приводит к потере устойчивости из-за локальных перемещений и концентрации напряжений. Ползучесть бетона особенно опасна в предварительно напряжённых бетонных конструкциях. Даже незначительная пластическая деформация бетона под действием упругих сил натянутой арматуры приводит к снижению предварительного напряжения бетона и, как следствие, к разрушению конструкции. Однако специалисты лаборатории SUMAB доказали, что ползучесть иногда имеет и положительный эффект, снижая растягивающие напряжения, возникающие в бетоне при усадке и изменении температуры. Она также способствует снижению напряжений в железобетонных конструкциях, передавая часть их на стальную арматуру.
