Предельные деформации бетона
Предельные деформации бетона — это наибольшие деформации, предшествующие моменту разрушения при сжатии (предельная сжимаемость) и растяжении (предельная растяжимость). Эти характеристики имеют важное значение в обеспечении несущей способности, трещиностойкости и долговечности железобетонных конструкций. Их величина зависит от многих факторов — прочности бетона, свойств заполнителей, сцепления с цементным камнем, условий твердения и т. п. Предельная сжимаемость обычных бетонов изменяется от 0,5 до 1,5 мм/м, легких — до 2 мм/м. Предельная растяжимость во много раз меньше — 0,05...0,15 мм/м.
Ползучесть бетона проявляется как увеличение пластических деформаций при действии в течение длительного времени постоянной нагрузки. Развитие деформации ползучести — медленно затухающий во времени процесс, физическая природа которого еще не выяснена до конца.
По современным представлениям, главная роль в возникновении деформации ползучести бетона принадлежит гелю цементного камня и воде, которая содержится в бетоне в свободном, несвязанном виде (в порах, микро и макротрещинах), в водных алюмосиликатах, адсорбционно-связанной на поверхности раздела твердой и жидкой фаз. Под воздействием внешней нагрузки происходят миграция воды в структуре бетона, ее отжатие из гелевых пор, объемные и сдвиговые деформации субмикрокристаллов продуктов гидратации минералов цемента, связанные с изменением содержания влаги в бетоне. Поэтому на процесс развития ползучести большое влияние оказывает влажность самого бетона и окружающей среды. Ползучесть бетона, находящегося в воде, значительно меньше ползучести бетона обычного воздушно-сухого хранения. Влияние высыхания бетона во многом зависит от масштабного фактора: с увеличением размеров образца ползучесть уменьшается. Повышение концентрации в бетоне прочного и упругого заполнителя уменьшает деформации ползучести.
Деформации ползучести являются также следствием перераспределения внутренних напряжений в цементном камне.
С увеличением напряжений при загружении бетона ползучесть резко возрастает; начиная с (0,4...0,5) R, деформации развиваются нелинейно. При высоких уровнях напряжений, превышающих 0,8, развитие деформаций ползучести во времени может привести к разрушению бетона. При одинаковых относительных значениях напряжений ползучесть при растяжении больше, чем при сжатии.
С увеличением возраста бетона к моменту загружения его ползучесть уменьшается, что связано в основном с упрочнением, стабилизацией структуры бетона и уменьшением действующего напряжения.
С увеличением длительности нагружения развитие деформаций ползучести замедляется. По экспериментальным данным, ползучесть бетона через 2 года достигла 85% ползучести, зафиксированной за 20 лет, однако полное прекращение ползучести не наблюдается даже спустя 30 лет.