logo

Сопротивление бетона разрыву

Часть 1   Часть 2

Уже рассматривая ранее влияние структуры бетона на его прочностные свойства, мы говорили, что сопротивление бетона разрыву R' имеет значительно меньшую величину, чем сопротивление сжатию R. Величина Rr связана непосредственно с наименьшей из характеристик собственной прочности бетона, а именно с нормальным сцеплением Rn; вместе с тем нарушения сплошности бетона способствуют развитию концентрации напряжений особенно при действии растягивающей нагрузки. Эти обстоятельства и обусловливают малую прочность бетона на разрыв. С другой стороны неоднородность строения бетона, которая вообще является одной из главных причин большого рассеяния результатов механических испытаний этого материала, должна сказываться при экспериментальном определении величины R' гораздо сильнее, чем при определении прочности на сжатие R. Опыты вполне подтверждают сказанное.

Отношение k' между временным сопротивлением разрыву R' и временным сопротивлением сжатию R для бетона колеблется в весьма широких пределах. Проф. Залигер указывает для него такие границы: k'=0,167—0,042, причем добавляет, что от хорошего бетона все-таки редко можно ожидать большего сопротивления чистому растяжению, чем 15 кг/кв.см. По Дютрону (Dutron) это отношение 0,10—0,05, а если сопротивление разрыву относить к призменной прочности бетона, то k'=0,13—0,08. Любопытные данные получились в венских опытах Ханиш и Шпицер (Hanisch и Spitzer), которые производились с бетонными плитами с целью установления прочности бетона при изгибе. Из краев разрушенных при испытании плит были осторожно вырезаны образцы для определения прочности бетона на чистое растяжение; плиты были в возрасте 258 дней, и, хотя бетон в них имел постоянный состав, сопротивление разрыву вырезанных образцов колебалось в пределах 20-29 кг/см2 (т. е. на 45% от наименьшего значения), а сопротивление сжатию контрольных кубиков — от 256 до 352 кг/см2 (т. е. на 38% от наименьшего значения). Этот пример, как и многие другие, показывает, с какой осмотрительностью следует относиться к результатам экспериментов с бетоном и к установлению количественных соотношений между его отдельными характеристиками.

Влияние различных факторов, зависящих от состава бетона и его структуры, сказывается на величине R' обычно в том же направлении, что и на величине R, хотя и в неодинаковых количественных отношениях. Так например, повышение расхода цемента на приготовление бетона при прочих равных условиях увеличивает сопротивление разрыву R' в значительно меньшей пропорции, чем сопротивление сжатию. Гутман (R. Guttman) сравнивал два бетона с одинаковым заполнителем при расходе цемента 300 и 400 кг/куб.м, испытание этих бетонов показало, что при увеличении расхода цемента на 33,3% сопротивление сжатию возросло на 28,5%, а сопротивление разрыву — только на 12,5%.

С ростом водоцементного отношения сопротивление разрыву понижается однако, по-видимому, в меньшей степени, чем сопротивление сжатию.

Опытами установлено далее, что на сопротивление разрыву оказывает влияние гранулометрический состав заполнителя и, в частности, вид его зерен. Гравий и песок с округленными гладкими зернами обусловливают меньшую прочность бетона на разрыв, чем щебень и песок с угловатыми шероховатыми зернами. В опытах Баха с двумя бетонами состава 1:2:3, из которых один был изготовлен на гравии, а другой на щебне, были получены следующие результаты в возрасте 28 дней: замена гравия щебнем, почти не отражаясь на сопротивлении бетона сжатию, увеличила сопротивление разрыву на 15—20%. Это можно объяснить лучшим сцеплением цементного раствора с шероховатыми зернами щебня, вследствие чего увеличиваются характеристики собственной прочности бетона Rn и Rt.

Плотность бетона должна оказывать положительное влияние на величину R'; поэтому все те мероприятия, которые увеличивают плотность бетона, являются одновременно и лучшим средством для повышения его сопротивления разрыву. Что касается активности цемента, то ее роль в повышении прочности бетона на разрыв гораздо меньше, чем в повышении величины R. При сопоставлении бетонов различных марок оказывается, что отношение R'/R убывает с ростом R, т. е. бетоны высоких марок имеют относительно меньшее сопротивление разрыву. Это следует объяснить тем обстоятельством, что повышение активности цемента, увеличивая характеристики Rn и Rt, в то же время весьма мало влияет на основной фактор малого сопротивления разрыву — несплошность материала. Мы уже видели, что Фере на основании опытов связывает величины R' и R следующей зависимостью

R' = с √R - d

где параметры с и d определяются качеством бетона и условиями его твердения. Как среднее ориентировочное соотношение для всех бетонов Фере предлагает такую формулу:

Для бетонов средней прочности с сопротивлением R=100—200 кг/кв.см наиболее часто применяемых в железобетонных конструкциях, величина k' находится в узких пределах 0,11—0,09, что и позволяет практически за среднее сопротивление бетона разрыву принимать R'=0,1R.

Эту цифру можно обосновать также и простыми теоретическими соображениями. Известно, что разрушение бетона при сжатии происходит от нарушения его прочности на разрыв, если при этом приняты меры, чтобы поперечные деформации сжимаемого образца происходили свободно. В опытах с кубиками это последнее условие осуществляется хорошим смазыванием опорных граней образца, и в таком случае сопротивление кубика становится примерно равным 0,5 R. Если допустить, что упругие свойства бетона не меняются до момента его разрушения, и принять согласно опытам коэффициент Пуассона η = 0,2, то приведенное растягивающее напряжение, отвечающее моменту образования трещин разрыва в кубике, окажется равным 0,1 R, что совпадает с предыдущей средней цифрой.