Испытание бетона на изгиб

Хотя бетон обычно не предназначен для работы на растяжение, важно знать величину его прочности на растяжение для оценки нагрузки, при которой начнется образование трещин. Отсутствие трещин чрезвычайно важно для сохранения непрерывности бетонной конструкции и во многих случаях для предупреждения коррозии арматуры. Проблема трещинообразования возникает, например, при применении высокопрочной стальной арматуры или при развитии диагональных напряжений, возникающих при действии сдвигающей силы, но наиболее частой причиной трещинообразования являются задержка усадки и температурные градиенты. Оценка прочности бетона на растяжение помогает понять поведение железобетона, хотя при фактических расчетах при конструировании во многих случаях не принимают во внимание прочность на растяжение. Прямое приложение растягивающей силы, без эксцентриситета, создать трудно; кроме того, оно осложняется и вторичными напряжениями, создаваемыми, например, захватами или забетонированными стержнями, хотя недавно было показано, что с некоторым успехом приложение прямого растяжения может быть достигнуто с использованием принципа клещей. Ввиду этих трудностей предпочтительно измерять прочность бетона на растяжение путем изгиба неармированного прямого бетонного бруса. Теоретическое максимальное растягивающее напряжение, которое создается в нижних волокнах испытываемой балки, известно под названием предела прочности при изгибе. Определение «теоретическое» относится к предположению, что напряжение пропорционально расстоянию от нейтральной оси балки. Известно, что форма эпюры напряжений, близких к разрушающим, не является треугольной. Таким образом, предел прочности при изгибе превышает прочность бетона на растяжение и дает более высокое значение прочности, чем то, которое могло бы быть получено при прямом растяжении образцов, сделанных из того же бетона. Тем не менее данное испытание очень полезно, особенно в связи с проектированием дорожных плит и взлетно-посадочных дорожек на аэродромах, так как напряжение при изгибе является здесь критическим фактором. Величина предела прочности на изгиб зависит от размеров балки и более всего от условий нагружения. Применяются две системы: центральная нагрузка посреди пролета, которая дает треугольное распределение изгибающего момента с максимальным напряжением только в одном сечении балки, и симметричная нагрузка в двух точках создающая постоянный изгибающий момент между двумя точками При применении последнего метода часть нижней поверхности балки—обычно 7з пролета —подвергается максимальному напряжению и критическое трещинообразование может начаться в любой части пролета, недостаточно прочной, чтобы выдержать напряжение. С другой стороны, при центрально приложенной нагрузке разрушение обычно происходит только при ослаблении прочности волокон, расположенных под точкой приложения нагрузки. Это утверждение не является строгим, так как при напряжении в волокнах, меньшем, чем в балке, может также произойти разрушение. Однако можно видеть, что вероятность наличия слабого элемента (с любой удельной прочностью), подвергающегося критическому напряжению, значительно выше при нагрузке в двух точках пролета, чем при центральной нагрузке. Поскольку бетон состоит из элементов с различной прочностью, как было показано выше, можно ожидать, что нагрузка, приложенная в двух точках, даст более низкие значения предела прочности при изгибе. Эти различия можно видеть из данных Райта, представленных на рис. 8.7. BS 1881 : 1952 предписывает приложение нагрузки в третях пролета для балок размером 15,2X15,2X71,1 см с пролетом между опорами 61 см; при максимальном размере заполнителя не более 1,9 см можно применять и балки размером 10ХЮХ51 см с пролетом 40,5 см. Имеются три возможные причины, по которым испытание предела прочности при изгибе дает более высокое значение прочности, чем прямое растяжение, определяемое на том же бетоне. Первая связана с предположением о форме эпюры напряжений, упоминавшейся выше Вторая причина — это случайное отклонение от центра при испытании на прямое растяжение, что приводит к более низкой прочности бетона Третья основана на том же факторе, что и влияние способа приложения нагрузки на величину предела прочности при изгибе: при прямом растяжении весь объем образца подвергается максимальному напряжению, так что вероятность наличия слабого элемента выше. На рис. 8.8 показана связь между прочностью при прямом растяжении и пределом прочности при изгибе, но фактические значения могут изменяться в зависимости от свойств смеси. Требования стандарта ASTM С 78—57 аналогичны требованиям стандарта BS 1881 : 1952. Балки обычно испытывают в том же положении, в каком они были изготовлены, но если бетон не расслоился, то испытание балки в другом положении по сравнению с первоначальным не влияет на предел прочности при изгибе.