Для конструкционных материалов, в частности бетона, это в первую очередь однородность по прочности.
Понятно, что прочность бетона в отдельных участках конструкции отличается. Различную прочность имеют и контрольные образцы-близнецы. Причинами неоднородности являются колебания свойств материалов в их отдельных объемах. Отличается и состав смеси, как в разных замесах, так в отдельных частях замеса. Уплотнение отдельных объемов бетона в конструкции может также быть различным. Свой вклад в колебания прочности вносит и расслоение смеси.
Таким образом, бетон неоднороден.
Возникает два вопроса:
- как измерить и оценить колебания прочности бетона;
- как обеспечить при неизбежных колебаниях прочности надежность конструкции.
В технике свойства материалов рассматриваются как случайные величины (в статистическом смысле). В частности, понятие однородности свойств используется и для исходных материалов: заполнителей и цемента, — для бетонной смеси и для других свойств затвердевшего бетона. Следует отметить, что стандарты для повышения точности предусматривают двукратное определение каждого контролируемого свойства (например подвижности смеси) с последующим вычислением среднего значения. Кроме того, нормируется и допустимая разница между показателями. При ее превышении проводится новое определение.
Оценку колебаний свойств и управление ими производят при помощи методов математической статистики.
Нахождение минимального значения прочности
Для различных конструкционных материалов важны минимальные значения их прочности. Именно они определяют несущую способность конструкций. В таких ситуациях используются односторонние интервалы, ограниченные минимальным значением прочности. Они определяют также вероятность выхода прочности за этот предел. Она вдвое меньше, чем вероятность выхода значения за пределы двухстороннего интервала.
На этой закономерности основывается нахождение минимального значения прочности. Следует отметить, что если средняя прочность является физически ясной величиной, то минимальная — «виртуальна». Она принимает различные значения в зависимости от той вероятности (надежности), с которой производится ее определение.
Вероятность понимается как степень возможности данного события. Так, вероятность 95% означает, что в 19 случаях из 20 результат будет находиться в данном интервале и лишь в 1 случае (5%) выйдет за его пределы (или предел). Часто говорят о надежности вывода как о вероятности того, что результат не выйдет за границу принятого интервала.
Для приведенного выше примера минимальная прочность составит при надежности 95% 20,4 МПа, а при надежности 99,85% — 18,2 МПа. Допускаемые напряжения в конструкции должны быть меньше рассчитанной минимальной прочности. Поэтому вторая конструкция будет более надежной, но за это приходится «расплачиваться» ее меньшей экономичностью (в ней при той же средней прочности в конструкции допускаются меньшие нагрузки).
