Расчетные сопротивления бетона

Бетон используется человечеством уже около 7000 лет для строительства зданий, дорог и других конструкций. Такое широкое распространение он получил, благодаря своим уникальным для строительного материала характеристикам — универсальности, экологической чистоте, возможности создавать даже очень сложные по форме изделия.

Наиболее важными качествами бетона как строительного материала являются его прочность, надежность и долговечность.

Требования к конструкциям из бетона и железобетона

В соответствии с СП 63.13330.2012 « Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003» и СТО НОСТРОЙ 2.6.54-2011 «Конструкции монолитные бетонные и железобетонные. Технические требования к производству работ, правила и методы контроля», основными предъявляемыми к конструкциям из бетона и железобетона требованиями являются:

1. Эксплуатационная пригодность. Начальные характеристики конструкции при расчетных воздействиях должны обеспечить отсутствие образования либо чрезмерного раскрытия трещин, чрезмерных колебаний, перемещений либо повреждений, затрудняющих нормальную эксплуатацию либо нарушающих требования к внешнему виду изделия, технологические, конструктивные и прочие установленные проектом требования.
2. Безопасность. Начальные характеристики сооружения должны при различных расчетных воздействиях в процессе строительства и эксплуатации исключать разрушения любого характера и нарушение эксплуатационной пригодности, а также любые разрушения, которые могут принести вред жизни, здоровью или имуществу граждан.
3. Долговечность. Начальные характеристики должны быть выбраны таким образом, чтобы конструкция на протяжении всего установленного времени эксплуатации удовлетворяла требованиям по безопасности и эксплуатационной пригодности с учетом влияния любых расчетных воздействий.

Дополнительные требования, которым должна соответствовать конструкция, могут содержаться в задании на проектирование.

Основные и дополнительные требования к конструкции обеспечиваются выполнением требований:

1. к бетону и его составляющим;
2. к арматуре;
3. к расчетам конструкций;
4. конструктивных требований;
5. технологических требований;
6. требований по эксплуатации.

Расчет конструкций

Надежность бетонных и железобетонных конструкций устанавливается при их проектировании, согласно ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения», полувероятностным методом расчета, при котором используются расчетные значения нагрузок и воздействий, расчетные характеристики бетона и арматуры (либо конструкционной стали), определяемые при помощи соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик, а также с учетом уровня ответственности зданий и сооружений.

Уровни ответственности зданий и сооружений:

1. КС-3 — повышенный;
2. КС-2 — нормальный;
3. КС-1 — пониженный.

С целью обеспечения надежности зданий и сооружений в течение срока их эксплуатации, а также во время производства строительных работ производят расчеты по предельным состояниям в соответствии с требованием ГОСТ 27751-2014. Расчеты производят, исходя из установки, что предельные состояния не должны быть достигнуты при воздействии расчетных нагрузок на протяжении всего срока эксплуатации изделия.

Предельные состояния первой группы приводят сооружение к полной непригодности к эксплуатации. Расчеты по предельным состояниям первой группы включают расчеты по прочности, по устойчивости формы (для тонкостенных конструкций), по устойчивости положения (сопротивление крену, опрокидыванию, скольжению, всплыванию и пр.).

Предельные состояния второй группы затрудняют нормальную эксплуатацию или снижают предусмотренную долговечность конструкции. Расчеты по предельным состояниям второй группы включают расчеты по образованию и раскрытию трещин и по деформации.

При расчетах конструкций по предельным состояниям рассматриваются расчетные ситуации в соответствии с ГОСТ 27751-2014, которые включают стадии изготовления, возведения, эксплуатации, а также аварийные ситуации и пожар. Расчеты производятся на все виды нагрузок, соответствующие функциональному назначению конструкции с учетом влияния окружающей среды (климатических воздействий, воды — для конструкций, которые контактируют с ней), в некоторых случаях — с учетом воздействия технологических, температурных воздействий или воздействия агрессивных химических средств, пожара.

Для каждой учитываемой расчетной ситуации надежность конструкции обеспечивается за счет:

1. расчета всего сооружения и его отдельных элементов по всем предельным состояниям;
2. выбора оптимальных конструктивных решений, материалов и технологических процессов;
3. контроля исполнения;
4. создания условий, которые гарантируют нормальную эксплуатацию объекта;
5. контроля технического состояния всего сооружения и его конструктивных элементов;
6. проведения мероприятий, направленных на снижение возможности аварийных ситуаций.

Для обеспечения долговечности объекта, при его проектировании учитывают свойства применяемых материалов и возможности защиты от агрессивных внешних воздействий, условия эксплуатации в соответствии с назначением конструкции и расчетное влияние окружающей среды.

ГОСТ 27751-2014 определяет рекомендуемые сроки службы зданий и сооружений.

Рекомендуемые сроки службы зданий и сооружений

Эту информацию учитывают при проектировании и проведении расчетов.

Классификация воздействий

Нагрузки и воздействия на строительные конструкции подразделяются на следующие группы:

1. Постоянные, при которых изменения расчетных значений во время расчетного срока службы объекта невелики по сравнению с их средними значениями.
2. Длительные, то есть, сохраняющие расчетные значения в течение длительного промежутка времени эксплуатации объекта
3. Кратковременные, при которых длительность действия расчетных значений существенно меньше срока службы объекта.
4. Особые, то есть, создающие аварийные ситуации. К ним относятся сейсмические воздействия, воздействие пожара, взрыва, столкновения с транспортными средствами, отказ оборудования или несущего элемента конструкции, которые не заданы в нормативных документах.

Что такое нормативные и расчетные нагрузки

Нормативные значения нагрузок устанавливаются соответствующими нормами проектирования либо заданием на проектирование. То есть, они соответствуют нормальным условиям эксплуатации изделия.

Расчетные нагрузки соответствуют предельным максимальным значениям, появление которых возможно в результате влияния неучтенных факторов. Расчетное значение нагрузки определяется умножением нормативного значения, если оно установлено, на коэффициент надежности по нагрузке. Коэффициент учитывает возможное отклонение нагрузок от нормативных значений в неблагоприятную сторону.

Для различных предельных состояний и различных расчетных ситуаций значения коэффициентов надежности по нагрузке могут быть различными. Они также зависят от территориальных климатических условий, например, воздействия температур, снеговых и ветровых нагрузок. Для каждой расчетной ситуации учитывают все возможные неблагоприятные сочетания нагрузок.
Расчетное сочетание нагрузок и значение коэффициентов сочетаний нагрузок устанавливают в нормативных документах.

Выбор материалов

Надежность строительной конструкции обеспечивается выбором материалов и технологий ее изготовления. В частности, для бетонных и железобетонных конструкций это означает выбор класса бетона и его других нормативных характеристик и выбор соответствующей арматуры.

Выбор материалов и технологий производится на стадиях разработки концепции сооружения, проектирование и изготовления. Он обосновывается результатами расчета по предельным состояниям всего сооружения и отдельных его конструктивных элементов и соединений, а также данными экспериментальных исследований.

Расчетные коэффициенты приведены в СП 63.13330.2012 и в ГОСТ 27751-2014. Минимальные значения коэффициента надежности по ответственности приводятся в зависимости от класса сооружений в таблице ниже.

Класс и уровень ответственности сооружения устанавливаются генеральным проектировщиком по согласованию с заказчиком в задании на проектирование, однако они должны быть не ниже указанных в таблице.

Выбор бетона для изготовления бетонных и железобетонных изделий

Бетон — это композитный материал на основе вяжущего, обычно — цемента. Вяжущее смешивают с водой, которая вступает в реакции гидратации с соединениями клинкера с образованием твердого материала, имеющего кристаллическую структуру.

В состав бетонной смеси добавляют также заполнители:

1. только мелкие (для мелкозернистых бетонов);
2. крупные и мелкие (для тяжелых бетонов).

В качестве мелкого заполнителя применяются различного вида пески. В качестве крупного заполнителя — виды гравия и щебня. Состав, крупность зерен заполнителей, наличие примесей и другие требования к заполнителям содержатся в нормативных документах либо определяются проектной документацией.

Советуем изучить: Бетон и раствор

Основные требования к бетонам содержатся в ГОСТ 25192-2012 Межгосударственный стандарт «Бетоны. Классификация и общие технические требования», согласно которому бетоны классифицируются:

1. По основному назначению — на конструкционные, теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные.
2. По типу вяжущего — на цементные, шлаковые, известковые, гипсовые, специальные.
3. По стойкости к различным видам коррозии — на классы А, Б, В, Г, Д, Е.
4. По типу заполнителя — на плотные, пористые, специальные.
5. По типу структуры — на плотные, поризованные, крупнопористой структуры, ячеистые.
6. По условиям твердения — твердеющие в естественных условиях, с применением тепловой обработки, автоклавного твердения.
7. По скорости твердения — быстротвердеющие и медленно твердеющие.
8. По средней плотности (D) — особо легкие (меньше D800), легкие (D800–D2000), тяжелые (D2000–D2500), особо тяжелые (свыше D2500) Числовой коэффициент показывает массу кубического метра бетона в килограммах.
9. По морозостойкости — на бетоны низкой морозостойкости (F50); средней морозостойкости (от F50 до F300); высокой морозостойкости (выше F300). Число показывает количество циклов замораживания/оттаивания, которое образцы выдерживают без разрушения
10. По водонепроницаемости — на бетоны низкой водонепроницаемости (ниже W4), средней водонепроницаемости (W4–W12), высокой водонепроницаемости (выше W12). Коэффициент соответствует максимальному давлению воды в кг/см², при котором образцы не пропускают воду.
11. По истираемости — на марки G1 — низкой истираемости, G2 — средней истираемости, G3 — высокой истираемости.

Прочность бетона

Основными нормируемыми показателями бетонов являются:

1. класс по прочности на сжатие В;
2. класс по прочности на осевое растяжение;
3. класс по водонепроницаемости W;
4. класс по морозостойкости F;
5. марка по средней плотности D;
6. марка по самонапряжению.

Основная нормируемая характеристика бетона — прочность. Бетон хорошо работает на сжатие, но имеет не очень хорошее сопротивление растяжению (осевому и при изгибе). Однако с повышением прочности на сжатие повышается, хотя и в меньшей степени, прочность на растяжение.

Класс бетона по прочности на сжатие обозначается литерой В и числом, которое соответствует значению кубиковой прочности бетона в МПа с обеспеченностью 0,95 — нормативная кубиковая прочность. Не отвердевший раствор имеет прочность на сжатие В0.

Класс бетона по прочности на осевое растяжение — это прочность бетона на осевое растяжение в МПа с обеспеченностью 0,95, то есть, нормативная прочность бетона.

При выборе класса бетона, класс по прочности на сжатие назначают для любых видов бетонов и конструкций, а класс по прочности на осевое растяжение — только если эта характеристика имеет основное значение в работе конструкции.

Нормативные и расчетные сопротивления бетона сжатию и осевому растяжению

Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные значения сопротивления осевому сжатию и растяжению.

Нормативными сопротивлениями бетона называют:

1. Сопротивление осевому сжатию бетонных призм, также этот параметр называют призменной прочностью и обозначают R_bn.
2. Сопротивление осевому растяжению — R_btn.

Нормативные сопротивления бетона определяются его классом по прочности при обеспеченности 0,95.

Чтобы получить значения расчетных сопротивлений бетона, необходимо разделить значение нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу.

Например, коэффициент надежности по бетону при сжатии Y_b равен:

1. для расчета по предельным состояниям первой группы 1,3 — для тяжелого, легкого, мелкозернистого, напрягающего бетонов, 1,5 — для ячеистого бетона;
2. для расчета по предельным состояниям второй группы — 1,0.

Коэффициент надежности по бетону при растяжении Y_bt:

1. для расчета по предельным состояниям первой группы при назначении класса по прочности на сжатие 1,5 — для тяжелого, легкого, мелкозернистого, напрягающего бетонов, 2,3 — для ячеистых бетонов.
2. для расчета по предельным состояниям первой группы при назначении класса по прочности на растяжение 1,3 — для тяжелого, легкого, мелкозернистого, напрягающего бетонов;
3. для расчета по предельным состояниям второй группы — 1,0.

Расчетные значения сопротивления бетона в зависимости от классов по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены в таблицах в нормативных документах, в частности, в СП 63.13330.2012.

В отдельных случаях расчетные сопротивления также умножают на коэффициент условий работы бетона Y_bi, который учитывает:

1. способ изготовления изделия;
2. размеры сечения и другие параметры;
3. условия, характер и стадию работы конструкции;
4. длительность действия нагрузки;
5. многократную повторяемость нагрузки.

От чего зависят основные нормируемые показатели бетона

Нормируемые показатели бетона необходимы для выбора класса бетона в зависимости от типа конструкции и нагрузок, которые буду на нее воздействовать.

Например, бетонные конструкции, которые эксплуатируются в условиях высокой влажности, должны иметь высокий класс по водонепроницаемости. Конструкции, которые воспринимают высокие нагрузки (например, фундамент многоэтажного дома) изготавливают из бетона более высокого класса по прочности на сжатие, чем конструкции, которые нагружаются меньше (фундамент деревянной бани).

Бетоны с определенными характеристиками получают, применяя бетонные смеси определенного состава и обеспечивая им определенные условия твердения.

Все основные нормируемые показатели бетона прямо пропорциональны друг другу. Чем выше плотность бетона, тем выше его прочность. Высокая плотность обусловливает структуру, которая включает меньше пор и капилляров, а значит, бетон меньше впитывает воду, его класс по водонепроницаемости выше. При попадании в поры и капилляры, в условиях отрицательных температур вода замерзает, расширяется, увеличиваясь в объеме и повреждает структуру бетона. То есть, чем более бетон водонепроницаем, тем он более морозостоек.

Основной метод повышения прочности бетона — это увеличение в его составе количества цемента. Действительно, любая таблица пропорций бетонной смеси нам демонстрирует, что чем больше цемента на кубометр смеси берется, тем выше прочность и другие характеристики бетона.

Однако повышение расхода цемента приводит к двум основным проблемам:

1. Удорожание строительства. Цемент — это наиболее дорогостоящий компонент бетона.
2. Снижение подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси, из-за чего необходимо увеличивать виброобработку. Это ведет к увеличению расходов времени, труда и финансовых средств.

Повысить все основные нормируемые показатели бетона можно и другим способом — применяя модифицирующие добавки.

Что такое добавки для бетона

Добавки для бетонов — это особые вещества, органические либо неорганические, которые в очень малых количествах вводят в состав бетонных и растворных смесей во время приготовления, чтобы регулировать их свойства либо придавать им новые характеристики.

Добавки в составах бетонных смесей начали применять уже очень давно, например, хлористые соли уже около 100 лет применяются в качестве противоморозных добавок, но сегодня в распоряжении строителей специально разработанные, проверенные добавки, которые обеспечивают строго определенный эффект при соблюдении дозировки.

Требования к добавкам для бетонов и растворов регулируются ГОСТ 24211-2008 Межгосударственный стандарт «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия».

Согласно нормативу, добавки для бетонов подразделяются на классы, группы и подгруппы, перечисленные в таблице ниже.

При выборе добавки для бетона необходимо обращать внимание на производителя. Бетонные конструкции — это в любом случае изделия дорогостоящие и рассчитанные на длительные сроки эксплуатации. Применение некачественных добавок может отрицательно повлиять на характеристики бетона и привести к необходимости незапланированного ремонта. Учитывая, насколько мало сказывается стоимость добавок на стоимости строительства, экономить на добавках не целесообразно.

Компания CEMMIX присутствует на отечественном рынке строительных материалов на протяжении длительного времени, и ее продукция хорошо себя зарекомендовала.

Каталог продукции CEMMIX

CemAqua 5л

Водоотталкивающая добавка для строительных растворов

CemBase 5л

Cпециализированная высокоэффективная добавка для фундамента.

CemFix 5л

CemFix суперпластификатор. Ускоритель твердения.

CemFrio 5л

Противоморозная высокоэффективная комплексная добавка для бетонных и растворных смесей

CemPlast 5л

Суперпластификатор для бетона

CemStone 5л

Комплексная добавка для кладочных и строительных растворов.

CemThermo 5л

Специализированная высокоэффективная пластифицирующая и упрочняющая добавка для заливки теплых полов.

HotIce 10л

Противоморозная комплексная добавка для бетонных и растворных смесей

Plastix 10л

Пластификатор для бетонов и строительных растворов.

Ассортимент добавок для бетона производства CEMMIX включает:

1. Пластифицирующие и суперпластифицирующие добавки для разных типов конструкций, которые позволяют повысить класс подвижности бетонных смесей с П1 до П5 — Plastix, Cem Base, CemPlast, Cem Stone, CemThermo.
2. Добавку-гидрофобизатор для получения бетона, водонепроницаемого во всем объеме CemAqua.
3. Ускоритель твердения бетона CemFix.
4. Противоморозные добавки для проведения бетонных работ при температурах до минус ­20° С CemFrio и HotIce.

Все добавки CEMMIX совместимы с отечественными цементами и друг с другом. Они применяются в очень низких дозировках (в основном, 1–2 л на 100 кг цемента, иногда больше, в зависимости от типа добавок и необходимого эффекта). Благодаря жидкой форме, легко дозируются и вводятся в растворы. Важная особенность добавок CEMMIX — присущее им пластифицирующее воздействие на бетонные растворы. Поэтому применение любых добавок CEMMIX позволяет повысить удобоукладываемость и уменьшить водопотребность бетонной смеси, увеличить прочность бетона, снизить расход цемента, в среднем, на 10 % без снижения прочности. За счет экономии цемента, в большинстве случаев добавка обходится бесплатно или почти бесплатно.

Каталог продукции CEMMIX

CemFibra 600гр.

Универсальное полипропиленовое армирующее волокно для добавки в раствор.

Фибра базальтовая CemFibra R, пакет 1000г.

Базальтовая фибра (из ровинга),  предназначена для объёмного армирования бетонов, строительных растворов и композиционных материалов.

Полипропиленовая и базальтовая фибра CEMMIX — это особые армирующие материалы в виде отрезков полипропиленового или базальтового волокна. Их применение позволяет получать фибробетон, армированный в массе. Фибробетон, по сравнению с бездобавочными бетонами, имеет повышенные показатели по прочности, долговечности, сопротивлению на растяжение при изгибе и стойкости к раскалывающим и ударным нагрузкам. Применение базальтовой фибры позволяет получать огнестойкие бетоны.

Добавки и фибра CEMMIX — необходимые материалы для строителей, которые стремятся повысить качество строительных работ при снижении затрат времени и финансовых средств. Продукция CEMMIX широко представлена в отечественных строительных сетях. Обращайтесь к нам по вопросам оптовых закупок по выгодным ценам и регионального представительства. Вам понравится наш стиль работы — полная информационная поддержка, своевременная оперативная отгрузка, отсрочка платежа и неизменно качественная, востребованная продукция.