Ударная вязкость бетона

Примерами конструкций, подвергающихся ударам, могут служить бетонные сваи, полы промышленных зданий из раствора или бетона, на которые мостовым краном регулярно сбрасываются тяжелые грузы, бетонные дамбы, подвергающиеся ударам морских волн с камнями и галькой, фундаменты, испытывающие вибрации, которые представляют собой по сути дела серии кратких ударов (здесь речь идет также о пределе усталости), бетонные пирсы, по которым ударяют пристающие суда, конструкции, подвергающиеся артиллерийскому обстрелу (сооружения военного назначения). Наиболее полно в лабораториях исследованы вопросы, связанные с производством сборных обычных или преднапряженных железобетонных свай, забиваемых в грунт копром. Известно, что во избежание разрушения бетона свай копровой бабой необходимо принимать различные меры предосторожности, несмотря на то, что верхняя часть сваи обычно хорошо упрочняется и имеет стальной оголовник, выдерживающий высокие нагрузки. Существует немало способов проведения лабораторных испытаний на прочность при ударе, однако все они основаны на одном общем принципе. Молот определенной массы сбрасывается в свободном падении на бетонный образец. Считают число ударов, необходимых для разрушения бетона, или отмечают высоту падения, достаточную для разрушения образца за один удар. Энергию удара (кгм) легко подсчитать. Скорость при ударе v (м/с) определяется по формуле: v = ?2gh, где g — 9,81, h — высота, м. Таким образом, груз массой 50 кг, падающий с высоты 1 м, обладает такой же энергией удара, какую имеет груз массой 12,5 кг, падающий с высоты 4 м, однако скорость этого последнего в момент удара будет в два раза выше. Груз можно сбрасывать на бетонный цилиндр размером 15X30 см или 16X32 см, на бетонную плиту, лежащую ровно на песчаной постели, или на бетонную плиту, расположенную на двух опорах. В США нормализованы испытания на разрушение природного камня, которые состоят в сбрасывании груза массой 2 кг с высоты, превышающей 1м, до разрушения образца. Западногерманские нормы включают описание аппаратуры, также применяемой для испытания природного камня. Масса груза 50 кг, а максимальная высота падения 1,5 м. Подобный метод применяют и для испытаний бетона, из которого изготовляют цилиндрические образцы размером 15×30 см с оголовником толщиной 8 см. Число ударов, которое способен выдержать образец, начинает быстро уменьшаться, начиная с определенной высоты, примерно 60 см (по данным этих испытаний). Хорошая прочность при сжатии (более 450 бар) — необходимое условие, но ее одной недостаточно для хорошей ударной вязкости. Под ударами твердого тяжелого тела бетон не имеет времени приспособиться, поскольку деформации длятся очень короткое время и никакое перераспределение усилий невозможно. Поэтому весьма сильно возрастает роль местных дефектов материала и возникает необходимость получения высокой однородности состава. По всей видимости, наибольшее значение имеют такие факторы, как расход воды, тип заполнителя и условия выдерживания бетона. Существует явно выраженная зависимость между В/Ц и прочностью на удар. Как видно, для достижения достаточно хорошего сопротивления наносимым подряд ударам В/Ц бетонной смеси не должно превышать 0,45. Бетон гораздо лучше сопротивляется ударам, когда они наносятся после достаточно продолжительного предварительного выдерживания (2—3 месяца). По данным исследований, проводившихся Дамсом (1969 г.), можно рекомендовать следующие правила, которых следует придерживаться при изготовлении бетона с высокой ударной прочностью: применять цемент высоких марок с расходом 350—400 кг/м3, В/Ц не более 0,45, заполнителем должен служить щебень, частицы которого имеют шероховатую поверхность, неправильной формы, с низким модулем деформации, диаметром менее 30 мм и содержанием песка с частицами до 7 мм более 60%. Выдерживать бетон необходимо во влажном состоянии не менее 7 суток. Полученный бетон следует подвергать ударам не ранее чем через 28 суток, а если возможно, то через 90 суток.