2.1 Бетоны

2.1.1 Классификация бетонов

Классифицируются по следующим признакам:

1. По назначению:   - специальные; - конструкционные;

2. По структуре: - плотные; - крупнопористые; - поризованные; - ячеистые;

3. По средней плотности:     - особо тяжелые (γ>2.5т/м³);

                                            -тяжелые бетоны (2.5 т/м³>γ>2.2 т/м³);

                                            - облегченные (2.2 т/м³>γ>1.8 т/м³);

                                            - легкие (1.8 т/м³>γ>0.5 т/м³);

4. По виду вяжущего:            - ПЦ;

                                                   - полимерцемент;

                                             - на известковом вяжущем;

                                             - гипсовые вяжущие;

                                             - на смешанном и специальном вяжущем;

5. По виду заполнителя:         - плотные естественные заполнители;

                                              - специальные;

                                              - пористые искуственные и естественные пористые;

6. По зерновому составу:        - крупнозернистый;

                                              - мелкозернистый;

7. По условиям твердения:    - при нормальных условиях (w – 70 -90%,t = 20⁰С);

                                             - тепловлажностная обработка (t = 105⁰C, w = 100%);

                                             - автоклавная обработка.

При проектировании в соответствии с требованиями определяется вид бетона и нормируемые характеристики, основанные на следующих физических свойствах:

- водонепроницаемость;

- морозостойкость;

- жаростойкость;

- огнестойкость, сопротивление прямому огню;

- коррозионная стойкость, химические предприятия;

- тепло и звукоизоляционные характеристики.

2.1.2 Структура бетона. Микроструктура. Особенности терминообразования.

Неоднородность бетона зависит от следующих параметров: зерновой состав, вид вяжущего, способы приготовления, уплотнения и ухода, возраст бетона, промежуток времени между затвердением бетона и текущим временем.

Структура бетона

1-песок;

2-гравий;

3- микротрещины;

4 - поры, капилляры;

5- участки разуплотненной структуры в близи крупного заполнителя (разуплотненный);

6- непрогидратированные зерна цемента.

      На микроуровне виден цементный камень, состоящий из цементных кристаллических отростков. Структура бетона сформирована из хаотически расположенных сростков цементного геля образующих решетку, пространство между сростками заполнено порами, капиллярами и заполнителем.

Бетон – капиллярно - пористый материал с неоднородной структурой, с нарушенной сплошностью, имеющий одновременно 3 фазы: твердая, жидкая, газообразная.

Твердая - цементный кристалл, образованный при гидратации. Весь цемент не прогидратируется сразу, поэтому существует полужидкая коллоидная фаза – это полужидкий цементный гель. По мере гидратации эта фаза количественно снижается, затем гель превращается в цементный камень.

В порах и капиллярах находятся несвязная вода и воздух - жидкая фаза делает сопротивление бетона внешней нагрузке похожим на работу упругого пластичного тела.

Общий объем пустот и пор -   в зависимости от состава бетона и способа уплотнения.

Такая структура не позволяет применять к бетону теорию механики твердого деформируемого тела, кроме того структура бетона меняется со временем (бетон стареет).

R –прочностьW – влажность

Работа бетона и измерения

   Работу бетона под нагрузкой и изменение его структуры рассмотрим на примере одноосного сжатия бетонного куба.

При одноосном сжатии происходит концентрация сжимающих напряжений  на неоднородностях структуры (порах, пустотах, крупный заполнитель). В напряжении, перпендикулярном действию Р так же возникает концентрация растягивающих напряжений . Из – за неоднородности или хаотичности расположения поле  так же неоднородно, àR_bt. Появляются микротрещины. По мере роста нагрузки P растет  и , микротрещины объединяются, появляются трещины в направлении, параллельном силе Р, в итоге происходит раскол куба.

При испытании на грани куба по границе контакта со станиной пресса присутствует q_тр. В зоне контакта сила трения компенсирует  (q_тр> ), здесь разрушение не происходит.

По мере удаления к середине кубика влияние q_тр падает и разрушение куба происходит по граням пирамиды. Если между кубом и станиной нанести смазку, то раскол будет вертикальный. Тот же эффект происходит при испытании бетонной призмы. Влияние силы трения здесь гораздо слабее, поэтому грани разрушения будут вертикальными. Рассмотрим более детально процесс микро трещинообразования при разрушении призмы. Фиксацию образования трещин будем проводить ультразвуком по скорости или времени

Прохождения волны.

После приложения нагрузки начинается уплотнение бетона вследствие частичного закрытия трещин и пор, структура бетона уплотняется. Параллельно с этим процессом в бетоне развивается противоположный процесс. Этот процесс разрушительный, процесс образования микротрещин, вызванный появлением вторичного поля напряжения растяжения . Этот процесс разуплотняет бетон. Первый процесс преобладает до уровня . При = (0,4…0,6) эти процессы уравновешиваются, напряжения называются нижней границей трещинообразования . При этом уровне  бетон, как правило, может работать долго. При далнейшем росте нагрузки второй процесс начинает преобладать и при  носит незатухающий характер (верхняя граница трещинообразования).