Коэффициент расширения бетона равен 0,00001*градусы по Цельсию в минус первой степени. Если температура изменяется в пределах от -40ºС до +40ºС, то расширение бетона может достигать 0,8 мм/м. Для снижения риска растрескивания поверхность разделяют температурно-усадочными швами.
Теплоемкость
Под теплоемкостью бетона понимают количество тепла, которое необходимо передать материалу для изменения его температуры на одну единицу. Размер бетона, изменяющийся под воздействием температуры, называют коэффициентом температурного расширения.
Теплопроводность
Теплопроводность – одна из важнейших теплофизических характеристик. Высокая теплопроводность тяжелого бетона является его недостатком. Панели для наружных стен производят из тяжелого материала с включением внутреннего слоя утеплителя.
Раствор и крупный заполнитель в составе материала различаются коэффициентом температурного расширения. При изменении температурного режима они деформируются по-разному.
Если подобрать состав правильно, с коэффициентами температурного расширения, близкими по значению, то можно избежать растрескивания.
Бетоны с высоким коэффициентом теплового расширения менее устойчивы к температурным изменениям, чем смеси с меньшим значением. При этом данный коэффициент не является характеристикой долговечности материала, который подвергается быстрым и частым изменениям температуры. Быстрое изменение температурного режима может стать причиной разрушения.
как расчитывается и для чего нужен
Вопрос. Здравствуйте! Подскажите пожалуйста, что такое коэффициент расширения бетона? Какое его практическое применение? Спасибо!
Ответ. Добрый день! В строительной практике применяется коэффициент температурного расширения бетона.
Его значение определяет отклонение линейных размеров бетонной плиты (бетонного блока) при изменении температуры окружающей среды.
Поэтому данный параметр еще называют – коэффициент линейного расширения бетона. Среднее числовое значение коэффициента линейного расширения, которое используется проектировщиками для расчетов, оговорено в нормативном документе СНиП 2.06.08-87 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений» и составляет 0,00001 °С-1 (Градус Цельсия в минус первой степени).
Чтобы узнать на сколько увеличится размер бетонного блока необходимо перемножить: величину линейного размера, коэффициент теплового расширения бетона и разницу температуры. Например, бетонный блок длиной 550 мм, при нагреве на 40 градусов Цельсия увеличится на: 550х0,00001х40=0,22 мм.
Практическое применение коэффициента расширения бетона
Долговечность бетонных сооружений испытывающих значительные перепады температуры зависит от коэффициента линейного расширения заполнителя (щебень, гравий, известняк, мраморная крошка и пр.) и разницы между коэффициентами линейного расширения заполнителя и цементного теста.
При этом коэффициент расширения заполнителя определяет коэффициент теплового расширения бетона. Следовательно, для строительства бетонных сооружений работающих в условиях значительного перепада температуры, необходимо подбирать горные породы (заполнитель) обладающие коэффициентом расширения ниже, чем коэффициент расширения цементного камня.
К таким горным породам относится широко применяемый гранит (коэффициент расширения 0,0000074 °С-1), базальт (коэффициент расширения 0,0000065 °С-1)и известняк (коэффициент расширения 0,000008). К не рекомендованным горным породам относятся: калиевые полевые шпаты, кальцит, мрамор и другие горные породы с большим количеством монокристаллов.
Вывод. Так как в частном строительстве в качестве наполнителя, как правило, используется гранитный, гравийный или известняковый щебень вы можете не обращать внимания на коэффициент расширения бетона – долговечность вашего сооружения не зависит от данной характеристики.
Коэффициент температурного расширения бетона: как рассчитать
Для того чтобы построить прочное здание, специалисты определяют коэффициент линейного расширения бетона. Так строитель может узнать, на сколько изменится в длину материал после нагревания. Такие расчеты позволяют избежать преждевременной деформации постройки, появление трещин и увеличить эксплуатационную стойкость сооружения.
Что это такое?
Термин коэффициент расширения бетона обозначает, как сильно расширяется строительный материал при увеличении температуры.
Понятие связано с теплоемкостью и теплопроводностью раствора. Бетон, который может расширяться, имеет в составе добавки или напрягающий цемент. Таким образом, в результате получается стойкая смесь, которая способна изменяться в размере. Кроме этого, для создания конструкции необходимы швы, поддерживающие блоки. Если возникает слишком большой температурный перепад, то бетон может потрескаться. Для этого стараются правильно подобрать состав материала с высоким коэффициентом, поэтому можно предотвратить появление трещин.
Как рассчитать показатель температурного расширения?
Чтобы определить данный показатель, нужно сделать замер длины изделия до повышенного термического воздействия.Можно самостоятельно измерить расширение. Для этого измеряется исходная длина. После температура повышается на 1 градус. Стоит помнить, что уровень тепла должен быть одинаковый по всему периметру. После уточняют величину удлинения. Для микроизменений используют микроскоп. Кроме этого, коэффициент теплового расширения бетона можно вычислить по формуле: l=l0(1+α⋅ΔT). В этом уравнении l обозначает расширение, ΔT — температуру, при которой произошли изменения, а l0 — начальная длина.
Температурный показатель
Коэффициент можно найти в таблице, в которой даются средние значения. По табличным данным для бетона этот показатель равен 0,00001 (ºС)-1. Так, при 80 градусах увеличение будет 0,8 мм/м. Но такие табличные данные не являются довольно точными, так как во всех схемах предоставлены усредненные значения. Потому желательно самостоятельно измерять или рассчитывать показатели.
Данный показатель для каждого вида материала будет отличаться.Теплоемкость
Коэффициент температурного расширения неразрывно связан с теплоемкостью, используемых при строительстве. Под этим термином подразумевает определенное количество тепла, которое нужно смеси для того, чтобы поднять температуру. Так как выделяют несколько типов растворов, то и коэффициент будет меняться от наполнителей. Так, теплоемкость воздушно-сухого бетона равняется 1,35 Вт (м*°С).
Как регулировать?
Значение зависит от таких факторов:
- температуры;
- класс;
- наполнителя.
Заполнитель и цемент имеют разный температурный коэффициент. Потому при нагревании и расширении может происходить деформация и появляются трещины. Для того чтобы это не произошло применяют специальные швы. Кроме этого, увеличивают армирование строительной конструкции. Бетон делят на отдельные блоки. Но эти методы дорогостоящие и не всегда эффективны. Потому для результата используют напрягающие и расширяющие вяжущие.
Плотность бетона. Усадка и набухание бетона. Теплоемкость, теплопроводность и линейный коэффициент теплового расширения бетона.
Плотность бетона. Усадка и набухание бетона. Теплоемкость, теплопроводность и линейный коэффициент теплового расширения бетона.
Плотность бетона.
Практическая плотность тяжелого (обычного) бетона составляет 2,3 г/см3 = 2300 кг/м3. (1,8-2,7 г/см3 ).
Усадка и набухание бетона.
Изменение размера бетонных конструкций из-за изменения влажности бетона это усадка и набухание. Происходит даже при неизменной температуре.
Усадка бетона имеет довольно сложную природу, но факт в том, что при твердении бетона на воздухе — при высыхании он будет иметь усадку порядка 0,3 мм на каждый метр линейного размера. Чем больше была доля цемента в растворе, тем выше усадка. При большой толщине бетона он высохнет снаружи, а внутри — еще нет, что приводит к появлению внутренних напряжений и дефектам.
Обратный процесс — набухание сухого бетона под действием влаги характеризует та-же величина 0,3 мм/м. Чем больше была доля цемента в растворе, тем выше набухание.
Поэтому, даже для работы бетонной конструкции в условиях постоянной температуры необходимо преусматривать усадочные швы.
Теплоемкость, теплопроводность и линейный коэффициент теплового расширения бетона.
Изменение линейного размера бетона под действием температуры характеризуется линейным коэффициентом теплового (температурного) расширения. Характерной величиной коэффициента для бетона является 0,00001 (°С)-1, следовательно, при изменении температуры на 80 °С (-40/+40 °С) расширение достигает примерно 0,8 мм/м. Таким образом, в любой бетонной конструкции необходимы температурные швы.
Температурно усадочный шов в РФ уж никак не может быть менее 1,1 мм на метр линейного размера (0,3 мм — усадка, 0,8 — температурный), в СНИПах — величины выше и они, конечно, обязательны, когда обязательны. Имейте в виду, что температурные колебания более 80 °С почти наверняка вызовут растрескивание бетона с жестким наполнителем из-за разницы в тепловом раширении раствора и наполнителя.
Теплопроводность монолитного бетона в воздушно-сухом состоянии 1,35 Вт/(м*°С) = 1,5 ккал/(ч*м*°С). Высокая теплопроводность тяжелого бетона требует обязательного утепления наружных бетонных стен.
Теплопроводность пористых бетонов — от 0,35 до 0,7 Вт/(м*°С) = 0,3-0,6 ккал/(ч*м*°С), но при огромном снижении прочности.
Теплоемкость удельная тяжелого и пористых бетонов в сухом состоянии — порядка 1 кДж/(кг*°С) = 0,2 ккал/(кг °С)
Теплоемкость объемная тяжелого бетона — порядка 2,5 кДж/(м3*К) а пористых — зависит от плотности.
Теплоемкость удельная бетонной смеси (незастывшей) сотавляет порядка 1,5 кДж/(кг*°С) = 0,3 ккал/(кг °С), но помните — смесь легче тяжелого бетона и тяжелее пористого.
Коэффициенты линейного расширения строительных материалов
В таблице представлены значения коэффициента линейного расширения строительных материалов (КТЛР) и некоторых металлов при температуре до 100°С. Размерность коэффициента расширения в таблице — м/(м·°С) или 1/град (К-1).
В таблице рассмотрены: алюминий Al, медь Cu, сталь, гранит, базальт, кварцит, песчаник, известняк, стеновой кирпич, клинкерный кирпич, силикатный кирпич, легкобетонные камни, газобетонные блоки, бетон, железобетон, цементный раствор, известковый раствор, сложные штукатурки, дерево, параллельно волокнам, стекло.
Из указанных строительных материалов наиболее низким коэффициентом теплового линейного расширения обладает клинкерный кирпич (его КТЛР равен 3,5·10-6 1/град), а также древесина, штукатурки, стеновой кирпич и базальт. Следует отметить, что высокий коэффициент теплового расширения свойственен металлам таким, как алюминий, медь или сталь. Например, коэффициент линейного расширения алюминия равен 24·10-6 1/град, что в 2 раза больше, чем у стали.
Коэффициент теплового линейного расширения показывает на сколько (относительно размера тела) удлинится материал при увеличении его температуры на 1 градус.
Чтобы вычислить увеличение линейных размеров материала за счет теплового расширения, необходимо умножить значение температурного коэффициента линейного расширения на линейный размер материала и на разность температур в градусах Цельсия или Кельвина. Например, стеновой кирпич (КТЛР= 0,000006 град-1) длиной 240 мм при нагревании на 100 градусов удлинится на 0,144 мм.
По значениям коэффициентов теплового расширения в таблице видно, что указанные строительные материалы и металлы имеют положительный коэффициент линейного расширения, то есть увеличивают свои размеры (расширяются) при нагревании.
Источник:
В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2004.
Материал | Коэффициент линейного теплового расширения | |
10-6 °С-1 | 10-6 °F-1 | |
| ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) термопласт | 73.8 | 41 |
| ABS — стекло, армированное волокнами | 30.4 | 17 |
| Акриловый материал, прессованный | 234 | 130 |
| Алмаз | 1.1 | 0.6 |
| Алмаз технический | 1.2 | 0.67 |
| Алюминий | 22.2 | 12.3 |
| Ацеталь | 106.5 | 59.2 |
| Ацеталь , армированный стекловолокном | 39.4 | 22 |
| Ацетат целлюлозы (CA) | 130 | 72.2 |
| Ацетат бутират целлюлозы (CAB) | 25.2 | 14 |
| Барий | 20.6 | 11.4 |
| Бериллий | 11.5 | 6.4 |
| Бериллиево-медный сплав (Cu 75, Be 25) | 16.7 | 9.3 |
| Бетон | 14.5 | 8.0 |
| Бетонные структуры | 9.8 | 5.5 |
| Бронза | 18.0 | 10.0 |
| Ванадий | 8 | 4.5 |
| Висмут | 13 | 7.3 |
| Вольфрам | 4.3 | 2.4 |
| Гадолиний | 9 | 5 |
| Гафний | 5.9 | 3.3 |
| Германий | 6.1 | 3.4 |
| Гольмий | 11.2 | 6.2 |
| Гранит | 7.9 | 4.4 |
| Графит, чистый | 7.9 | 4.4 |
| Диспрозий | 9.9 | 5.5 |
| Древесина, пихта, ель | 3.7 | 2.1 |
| Древесина дуба, параллельно волокнам | 4.9 | 2.7 |
| Древесина дуба , перпендикулярно волокнам | 5.4 | 3.0 |
| Древесина, сосна | 5 | 2.8 |
| Европий | 35 | 19.4 |
| Железо, чистое | 12.0 | 6.7 |
| Железо, литое | 10.4 | 5.9 |
| Железо, кованое | 11.3 | 6.3 |
| Золото | 14.2 | 8.2 |
| Известняк | 8 | 4.4 |
| Инвар (сплав железа с никелем) | 1.5 | 0.8 |
| Инконель (сплав) | 12.6 | 7.0 |
| Иридий | 6.4 | 3.6 |
| Иттербий | 26.3 | 14.6 |
| Иттрий | 10.6 | 5.9 |
| Кадмий | 30 | 16.8 |
| Калий | 83 | 46.1 — 46.4 |
| Кальций | 22.3 | 12.4 |
| Каменная кладка | 4.7 — 9.0 | 2.6 — 5.0 |
| Каучук, твердый | 77 | 42.8 |
| Кварц | 0.77 — 1.4 | 0.43 — 0.79 |
| Керамическая плитка (черепица) | 5.9 | 3.3 |
| Кирпич | 5.5 | 3.1 |
| Кобальт | 12 | 6.7 |
| Констанан (сплав) | 18.8 | 10.4 |
| Корунд, спеченный | 6.5 | 3.6 |
| Кремний | 5.1 | 2.8 |
| Лантан | 12.1 | 6.7 |
| Латунь | 18.7 | 10.4 |
| Лед | 51 | 28.3 |
| Литий | 46 | 25.6 |
| Литая стальная решетка | 10.8 | 6.0 |
| Лютеций | 9.9 | 5.5 |
| Литой лист из акрилового пластика | 81 | 45 |
| Магний | 25 | 14 |
| Марганец | 22 | 12.3 |
| Медноникелевый сплав 30% | 16.2 | 9 |
| Медь | 16.6 | 9.3 |
| Молибден | 5 | 2.8 |
| Монель-металл (никелево-медный сплав) | 13.5 | 7.5 |
| Мрамор | 5.5 — 14.1 | 3.1 — 7.9 |
| Мыльный камень (стеатит) | 8.5 | 4.7 |
| Мышьяк | 4.7 | 2.6 |
| Натрий | 70 | 39.1 |
| Нейлон, универсальный | 72 | 40 |
| Нейлон, Тип 11 (Type 11) | 100 | 55.6 |
| Нейлон, Тип 12 (Type 12) | 80.5 | 44.7 |
| Нейлон литой , Тип 6 (Type 6) | 85 | 47.2 |
| Нейлон, Тип 6/6 (Type 6/6), формовочный состав | 80 | 44.4 |
| Неодим | 9.6 | 5.3 |
| Никель | 13.0 | 7.2 |
| Ниобий (Columbium) | 7 | 3.9 |
| Нитрат целлюлозы (CN) | 100 | 55.6 |
| Окись алюминия | 5.4 | 3.0 |
| Олово | 23.4 | 13.0 |
| Осмий | 5 | 2.8 |
| Палладий | 11.8 | 6.6 |
| Песчаник | 11.6 | 6.5 |
| Платина | 9.0 | 5.0 |
| Плутоний | 54 | 30.2 |
| Полиалломер | 91.5 | 50.8 |
| Полиамид (PA) | 110 | 61.1 |
| Поливинилхлорид (PVC) | 50.4 | 28 |
| Поливинилденфторид (PVDF) | 127.8 | 71 |
| Поликарбонат (PC) | 70.2 | 39 |
| Поликарбонат — армированный стекловолокном | 21.5 | 12 |
| Полипропилен — армированный стекловолокном | 32 | 18 |
| Полистирол (PS) | 70 | 38.9 |
| Полисульфон (PSO) | 55.8 | 31 |
| Полиуретан (PUR), жесткий | 57.6 | 32 |
| Полифенилен — армированный стекловолокном | 35.8 | 20 |
| Полифенилен (PP), ненасыщенный | 90.5 | 50.3 |
| Полиэстер | 123.5 | 69 |
| Полиэстер, армированный стекловолокном | 25 | 14 |
| Полиэтилен (PE) | 200 | 111 |
| Полиэтилен — терефталий (PET) | 59.4 | 33 |
| Празеодимий | 6.7 | 3.7 |
| Припой 50 — 50 | 24.0 | 13.4 |
| Прометий | 11 | 6.1 |
| Рений | 6.7 | 3.7 |
| Родий | 8 | 4.5 |
| Рутений | 9.1 | 5.1 |
| Самарий | 12.7 | 7.1 |
| Свинец | 28.0 | 15.1 |
| Свинцово-оловянный сплав | 11.6 | 6.5 |
| Селен | 3.8 | 2.1 |
| Серебро | 19.5 | 10.7 |
| Скандий | 10.2 | 5.7 |
| Слюда | 3 | 1.7 |
| Сплав твердый (Hard alloy) K20 | 6 | 3.3 |
| Сплав хастелой (Hastelloy) C | 11.3 | 6.3 |
| Сталь | 13.0 | 7.3 |
| Сталь нержавеющая аустенитная (304) | 17.3 | 9.6 |
| Сталь нержавеющая аустенитная (310) | 14.4 | 8.0 |
| Сталь нержавеющая аустенитная (316) | 16.0 | 8.9 |
| Сталь нержавеющая ферритная (410) | 9.9 | 5.5 |
| Стекло витринное (зеркальное, листовое) | 9.0 | 5.0 |
| Стекло пирекс, пирекс | 4.0 | 2.2 |
| Стекло тугоплавкое | 5.9 | 3.3 |
| Строительный (известковый) раствор | 7.3 — 13.5 | 4.1-7.5 |
| Стронций | 22.5 | 12.5 |
| Сурьма | 10.4 | 5.8 |
| Таллий | 29.9 | 16.6 |
| Тантал | 6.5 | 3.6 |
| Теллур | 36.9 | 20.5 |
| Тербий | 10.3 | 5.7 |
| Титан | 8.6 | 4.8 |
| Торий | 12 | 6.7 |
| Тулий | 13.3 | 7.4 |
| Уран | 13.9 | 7.7 |
| Фарфор | 3.6-4.5 | 2.0-2.5 |
| Фенольно-альдегидный полимер без добавок | 80 | 44.4 |
| Фторэтилен пропилен (FEP) | 135 | 75 |
| Хлорированный поливинилхлорид (CPVC) | 66.6 | 37 |
| Хром | 6.2 | 3.4 |
| Цемент | 10.0 | 6.0 |
| Церий | 5.2 | 2.9 |
| Цинк | 29.7 | 16.5 |
| Цирконий | 5.7 | 3.2 |
| Шифер | 10.4 | 5.8 |
| Штукатурка | 16.4 | 9.2 |
| Эбонит | 76.6 | 42.8 |
| Эпоксидная смола , литая резина и незаполненные продукты из них | 55 | 31 |
| Эрбий | 12.2 | 6.8 |
| Этилен винилацетат (EVA) | 180 | 100 |
| Этилен и этилакрилат (EEA) | 205 | 113.9 |
Эфир виниловый | 16 — 22 | 8.7 — 12 |
Основная деятельность нашего предприятия: строительство заводов, производство оборудования, технологических линий и станков по производству: кирпича, блока, тротуарной плитки, бордюров и других строительных материалов (вибропрессования и гиперпрессования), а так же силикатного кирпича (с автоклавной обработкой) и керамического кирпича (с обжигом). |
Коэффициент линейного теплового расширения для некоторых распространенных материалов, таких как: алюминий, медь, стекло, железо и многое другое.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
tehtab.ru
Линейный коэффициент расширения — обзор
4.8.4.4.2 Анизотропные композиты
Поскольку на направление пластического течения очень сильно влияет распределение ориентации арматуры, коэффициент линейного расширения композита в заданном направлении будет стремиться к правило смешения в режиме полностью пластичной матрицы только при условии идеально изотропного распределения фаз.
Многие авторы сообщают о появлении заметных петель гистерезиса в реакции теплового расширения однонаправленных непрерывных волоконных ММС, подвергнутых термоциклированию (Garmong, 1974; Kural and Min, 1984; Tompkins and Dries, 1988; Dumant et al., 1988 г .; Masutti et al. , 1990; Lacom et al. , 1990; Вайдья и Чавла, 1994; Böhm et al. , 1995; Chun et al. , 1995; Корб и др. , 1998). Как и для изотропных композитов, такое поведение можно довольно просто рассматривать как результат последовательности упругих и пластических деформаций в чередующихся направлениях при повышении или понижении температуры (например, Rabinovitch и др. , 1983; Kural and Min, 1984; Dumant ). и др., , 1988; Clyne and Withers, 1993).
В качестве примера на рис. 11 представлены кривые расширения в осевом направлении во время первого и второго циклов от комнатной температуры до 550 ° C для композита, состоящего из матрицы Al-3% Mg с 30 об.% Однонаправленного непрерывного SiC. волокна (Nicalon ® ) (Masutti и др. , 1990). Композит предварительно охлаждали до температуры жидкого азота. Первый термический цикл заканчивается отрицательной остаточной деформацией, поскольку осевое напряжение в волокнах в конце охлаждения более сжимающее, чем в исходном образце, который был нагрет от низкой температуры.Контур осевого расширения проходит по часовой стрелке. По предположению Масутти et al. (1990), осевые фазовые напряжения можно довольно просто оценить по кривым расширения на рис. 11, учитывая, что внутренние напряжения практически равны нулю при 550 ° C. Следовательно, при охлаждении (нагреве) от (до) этой температуры отклонение осевой деформации композита, ε3c = ε3r, от деформации теплового расширения волокон, α r Δ T , равно упругой деформации волокон.Используя соотношение равновесия
Рис. 11. Кривые расширения в осевом направлении во время первого и второго циклов между комнатной температурой и 550 ° C для композита, состоящего из матрицы Al-3% Mg с 30% однонаправленных непрерывных волокон SiC.
Масутти et al. (1990), воспроизведено с разрешения Чепмена и Холла из Journal of Materials Science Letters, 1990, 9, 340–342.[56] 〈σ3m〉 Vm + σ3rVr = 0
и пренебрегая влиянием поперечных напряжений σ1r и σ2r на ε3r, получаем
[57] 〈σ3m〉 = VrVmEr (αrΔT − ε3r)
Рис.12 показано изменение среднего продольного напряжения 〈σ3m〉 в зависимости от температуры, вычисленное по кривым на рис. 11 с использованием уравнения [57]. Как показано на этом рисунке, тепловое расширение волокон α r Δ T было выведено путем проведения прямой линии, экстраполирующей расширение композита при высокой температуре (где сопротивление текучести матрицы почти равно нулю). Можно выделить два режима: упругий режим (пунктирные линии), во время которого изменение 〈σ3m〉 может быть аппроксимировано уравнением [18], и полностью пластический режим.В последнем режиме разность 〈σ3m〉 — 〈σ1m〉 = 〈σeffm〉 следует за температурной зависимостью предела текучести матрицы σ Y . Если 〈σ1m〉 ≈0, 〈σ1m〉 ≈σY и максимальная амплитуда гистерезиса деформации в осевом направлении, Δε3maxc, можно аппроксимировать как (Pedersen, 1990)
Рис. 12. Изменение среднего продольного напряжения 〈σ3m 〉 Как функция температуры, рассчитанная по кривым на рис. 11 с использованием уравнения [57].
Масутти et al. (1990), воспроизведено с разрешения Чепмена и Холла из Journal of Materials Science Letters, 1990, 9, 340–342.[58] Δε3maxc = 2σYVmErVr
Ссылка на рис. 7 служит напоминанием о том, что 〈σ1m〉 не равно нулю, поскольку оно равно VrVmσrr. Тем не менее, пренебрежение в уравнении [58] влиянием поперечных напряжений на ε3r частично компенсирует приближение 〈σ1m〉 ≈0.
Используя аналогичный метод, Nassini et al. (2001) проследили температурную зависимость напряжения матрицы в плоскости во время циклического изменения температуры между RT и 560 ° C для композитов на основе алюминия, содержащих случайное плоское распределение волокон Al 2 O 3 (Saffil).Подробное понимание роли межфазного скольжения и ползучести матрицы во время термоциклирования композитов с непрерывным волокном было предоставлено Датта (2000) с помощью микромеханической модели, учитывающей работу нескольких механизмов ползучести матрицы на различных этапах термоциклирования. Модель включает эффект межфазного скольжения за счет механизма, контролируемого диффузией на границе раздела. Результаты моделирования сравнивались с экспериментальными данными для однонаправленного композита графитовое волокно / 6061 Al.
Если предел текучести σ Y не будет изменяться с температурой, осевой КТР α 3c будет равен α r на той части кривой расширения, где матрица полностью пластична. Учитывая сохранение объема и применение закона смеси для выражения объемного расширения α ii c композита, поперечный КТР α 1c , тогда (Böhm et al. , 1995)
[59 ] α1c = αm + 12 (αm − αr) (1−3Vr)
Таким образом, при низком напряжении V r коэффициент поперечного расширения композита может быть значительно больше, чем α m .
Однонаправленные MMC с непрерывным волокном демонстрируют гистерезис против часовой стрелки в направлении, поперечном волокнам (например, Böhm et al. , 1995). Такое обратное поведение по отношению к продольному направлению, по существу, является результатом сохранения объема, связанного с пластической текучестью. Однако в направлении, перпендикулярном волокнам, упругая деформация в матрице действует противоположно пластическому течению матрицы. Следовательно, чем выше средние средние напряжения в фазах, тем меньше амплитуда поперечного гистерезиса.Для полностью пластического режима в литературе на основе модели соосных цилиндров, по-видимому, не было разработано никакого выражения радиального напряжения 〈σrm〉 в замкнутой форме. Таким образом, невозможно получить для амплитуды поперечного гистерезиса выражение напряжения смещения ε os , подобное уравнению [54].
Самая ранняя эластопластическая модель для прогнозирования КТР анизотропных композитов на основе подхода Эшелби была предложена Wakashima et al. (1974) для случая композита с непрерывными W-волокнами в Cu-матрице. Эта модель правильно предсказывает гистерезис по часовой стрелке в осевом направлении и дает аналитическое выражение для амплитуды петли. Было предложено несколько других моделей для прогнозирования коэффициентов теплового расширения α 3c и α 1c однонаправленных композитов с учетом более сложных ситуаций деформационного упрочнения матрицы и температурной зависимости σ Y .Эти модели были рассмотрены Ханом (1991). Подобно пластичности матрицы, скольжение на границе раздела также может способствовать релаксации внутренних напряжений. Теоретическое исследование влияния межфазного скольжения на КТР коротковолокнистого композита с чисто эластичными волокнами и матрицей было предложено Jasiuk et al. (1988) на основе анализа типа Эшелби.
Поведение при тепловом расширении композитов, содержащих случайное плоское распределение волокон или усов, может быть проанализировано на основе тех же принципов, что и для однонаправленных композитов из непрерывных волокон.В качестве примера на рис.13 (а) показаны кривые теплового расширения в направлениях, параллельных (ε1c) и перпендикулярных (ε3c) плоскости изотропии, измеренные для композита, состоящего из матрицы из чистого алюминия, армированного случайной плоской сеткой из 20% непрерывных волокон Inconel 601 (Salmon et al. , 1997; Boland et al. , 1998). Термоциклирование проводилось при температуре от 310 до 30 ° C. Первоначальная выдержка была сделана при 310 ° C, чтобы позволить устранить фазовые напряжения из-за ползучести матрицы.Аналогичные результаты были представлены Neite и Mielke (1991) и Nassini et al. (2001) для композитов на основе алюминия, содержащих случайное плоское распределение волокон Al 2 O 3 (Saffil). Как и в однонаправленных композитах, поведение в плоскости определяется ограничением, наложенным оптоволоконной сетью. Общее α 1c низкое, а гистерезис ε1c проходит по часовой стрелке. Напротив, α 3c близок к α m , а гистерезис ε3c проходит в направлении против часовой стрелки.Амплитуда гистерезиса деформации составляет примерно 0,3 · 10 -3 и 0,6 · 10 -3 в направлении в плоскости и перпендикулярном направлении соответственно. Таким образом, общий объем при данной температуре одинаков во время нагрева и охлаждения.
Рис. 13. (a) Кривые теплового расширения, измеренные для чистого Al, для Inconel 600 и для композита, состоящего из матрицы из чистого Al, армированной случайной плоской сеткой непрерывных волокон Inconel 601, направления параллельны (ε1c) и перпендикулярно (ε3c) плоскости изотропии; (б) деформация нетермического расширения композита Δnon-therm.310-Tc рассчитано из кривых расширения согласно формуле [59].
Если фазовые напряжения равны нулю при 310 ° C, кривые теплового расширения на рис. 13 (a) позволяют рассчитать деформацию нетеплового расширения композита Δnon-therm.ΔTc во время циклирования. Действительно,
[60] Δnon-therm.ΔTc = 2ε1ΔTc + ε3ΔTc − 3 (εΔTrVr + εΔTmVm)
Результат показан на рис. 13 (b). При охлаждении от 310 ° C композит демонстрирует довольно линейное увеличение нетеплового объемного расширения, которое достигает 1.4 × 10 −3 при 30 ° C. Существенной разницы между рампами охлаждения и нагрева не наблюдается. Согласно уравнению [10], если во время охлаждения не произошло изменения объемной доли пористости, среднее напряжение матрицы при 30 ° C можно рассчитать как
[61] 〈σmm〉 310−30 = Δnon-therm.310- 30cVm (1Km − 1Kr)
Принимая K Al = 75,2 ГПа и K In601 = 170 ГПа, получаем 〈σmm〉 310-30 = 236 МПа. Соответствующее среднее значение напряжения в волокнах составляет около 950 МПа.Очевидно, что эти значения слишком высоки, чтобы быть правильными для случая матрицы из чистого алюминия, предел текучести которой не превышает 50 МПа. Пластическое течение и ползучесть, вызванные локальными девиаторными напряжениями, безусловно, снижают средние средние фазовые напряжения до гораздо меньшего значения. Фактически, в литературе нейтронографические и рентгеноструктурные исследования композитов на основе алюминия никогда не измеряли такие высокие термические фазовые напряжения в матрице. Вывод состоит в том, что наличие пористости необходимо учитывать для правильной интерпретации поведения расширения этого типа композита.Измерения плотности очень трудно определить объемные доли пористости порядка измеренного объемного расширения (0,1%).
Исследование портландцементных бетонных покрытий, —
Термический коэффициент портландцементного бетона
Что это?
Все материалы в некоторой степени расширяются и сжимаются при повышении или понижении их температуры. Коэффициент теплового расширения (КТР) — это мера расширения или сжатия материала в зависимости от температуры.Поскольку изменения длины, связанные с тепловым расширением, очень малы, КТР обычно выражается в микродеформациях на единицу изменения температуры.
КТР портландцементного бетона (PCC) колеблется от 8 до 12 микродеформаций / ° C. Диапазон значений КТР для различных бетонов отражает изменение КТР материалов, составляющих бетон. Например, бетон, содержащий известняковый заполнитель, имеет более низкий КТР, чем бетон, содержащий кремнистый заполнитель. Поскольку заполнитель составляет около 70% бетона, тип заполнителя имеет наибольшее влияние на КТР бетона.КТР затвердевшего цементного теста, который является функцией таких факторов, как соотношение воды и цемента, тонкость цемента, состав цемента и возраст, также влияет на КТР бетона.
Почему это важно?
CTE — один из факторов, который необходимо учитывать при проектировании дорожных покрытий PCC. При проектировании дорожного покрытия эта переменная обычно представляется как среднее значение, а не как специфическое для смеси значение, хотя она может значительно варьироваться в зависимости от таких факторов, как тип заполнителя, используемого в смеси.Поэтому использование среднего значения может привести к ошибочным предположениям о тепловом отклике покрытия и возможном повреждении. Например, одним из ключей к характеристике влияния тепловых свойств на структуру бетонного покрытия является учет тепловых движений. Точные значения CTE необходимы для прогнозирования возможных термически вызванных движений в бетонном покрытии.
Какова роль группы PCCP?
Команда PCCP разработала оборудование и стандартный метод испытаний (принятый AASHTO как TP60-00) для определения CTE PCC.Метод испытания определяет КТР цилиндрического образца бетона, находящегося в состоянии насыщения, путем измерения изменения длины образца в заданном диапазоне температур (от 10 ° C до 50 ° C). Изображение тестовой установки показано ниже. Изменения длины измеряются с помощью LVDT. Внесены поправки на расширение или сжатие испытательной рамы.
CTE рассчитывается по следующей формуле:
CTE = (ΔL / L 0 ) / ΔT
, где ΔL = изменение длины образца, L 0 = начальная измеренная длина образца и ΔT = изменение температуры.
Команда PCCP использовала этот метод тестирования для измерения CTE для более чем 2000 кернов по всей стране, собранных в рамках программы Long Term Pavement Performance (LTPP). Эти данные станут частью базы данных LTPP и будут использоваться для исследования влияния CTE на реакцию и характеристики дорожных покрытий.
Почему это важно?
CTE является важным фактором при оптимизации конструкции бетонных швов, расчета напряжений, конструкции герметика и выбора герметизирующих материалов.Результаты анализа помогут инженерам изменить процедуры проектирования покрытия PCC для более точного прогнозирования воздействия CTE, специфичного для смеси, на поведение покрытия. Измененные процедуры проектирования приведут к созданию конструкции дорожного покрытия, более совместимой с условиями окружающей среды на конкретном участке дорожного покрытия. В конечном итоге использование модифицированных процедур проектирования приведет к улучшенным характеристикам покрытия.
В новых процедурах проектирования дорожного покрытия (Руководство 2002 г.), разрабатываемых в рамках NCHRP 1-37A, учитываются эффекты теплового расширения и сжатия.Исследование CTE, проведенное командой PCCP, сделало это возможным, предоставив стандартный метод испытаний, который агентства могут использовать для определения CTE для своих бетонных смесей и данных CTE для испытательных секций LTPP. Данные LTPP CTE используются при разработке Руководства 2002, а также могут использоваться будущими пользователями Руководства для оценки соответствующих входных значений CTE, когда данные по конкретным материалам недоступны. На основе проекта предварительной информации о входных данных PCC CTE в Руководстве 2002 года определение CTE для различных уровней, как определено в Руководстве, выглядит следующим образом:
Уровень 1 определения КТР включает прямое измерение изменения длины лабораторных образцов, подверженных изменениям температур, с использованием AASHTO TP60, «Стандартный метод испытаний КТР гидравлического цементного бетона».«
Уровень 2 определения CTE использует средневзвешенное значение составляющих, основанное на относительных объемах составляющих. В таблице ниже представлены типичные диапазоны a для различных распространенных компонентов смеси PCC.
Типичные диапазоны α для общих компонентов PCC.
| Коэффициент теплового расширения | ||
|---|---|---|
| 10 -6 / ° C | 10 -6 / ° F | |
| Агрегат | ||
| Гранит | 7-9 | 4-5 |
| Базальт | 6-8 | 3.3-4,4 |
| Известняк | 6 | 3,3 |
| Доломит | 7-10 | 4-5,5 |
| Песчаник | 11–12 | 6,1-6,7 |
| Кварцит | 11-13 | 6,1-7,2 |
| Мрамор | 4-7 | 2,2-4 |
| Цементная паста (насыщенная) | ||
| в / ц = 0.4 | 18-20 | 10-11 |
| ш / ц = 0,5 | 18-20 | 10-11 |
| Вт / ц = 0,6 | 18-20 | 10-11 |
| Бетон | 7,4-13 | 4,1-7,3 |
| Сталь | 11–12 | 6,1-6,7 |
Уровень 3 оценки CTE основан на исторических данных.С этим вариантом связана наибольшая вероятность ошибки, поскольку материалы PCC значительно различаются. Реалистичные данные о типах материалов, используемых в бетонных смесях, редко доступны, и, если они доступны, они, вероятно, будут основаны на конкретной конструкции смеси PCC или типе заполнителя. Тем не менее, агентство может протестировать типичные смеси, содержащие ряд типов заполнителей, чтобы получить типичные значения для их материалов.
| Термопласт ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) | 72-108 | |||||
| ABS-стекловолокно, армированное стекловолокном | 31 | |||||
| 31 | ||||||
| -армированное стекловолокном 9034-Ацеталь 9034 | ||||||
| Ацетали | 85-110 | |||||
| Акрил | 68-75 | |||||
| Глинозем (оксид алюминия, Al 2 O 3 ) | 8.1 | |||||
| Алюминий | 21-24 | |||||
| Нитрид алюминия | 5,3 | |||||
| Янтарь | 50-60 | |||||
| Сурьма свинец (твердый свинец) | 0 264 9-11||||||
| Мышьяк | 4,7 | |||||
| Бакелит, отбеленный | 22 | |||||
| Барий | 20,6 | |||||
| Феррит бария | 9034 | |||||
| 12 | ||||||
| Висмут | 13-13.5 | |||||
| Латунь | 18 — 19 | |||||
| Кирпичная кладка | 5 | |||||
| Бронза | 17,5 — 18 | |||||
| Кадмий | 9034 | |||||
| 66-69 | ||||||
| Серый чугун | 10,8 | |||||
| Целлулоид | 100 | |||||
| Ацетат целлюлозы (CA) | 96344 130 | бутинат 171 | ||||
| Нитрат целлюлозы (CN) | 80-120 | |||||
| Портлендский цемент | 11 | |||||
| Церий | 5.2 | |||||
| Хлорированный полиэфир | 80 | |||||
| Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) | 63-66 | |||||
| Хром | 6-7 | |||||
| 12 | ||||||
| Бетон | 13-14 | |||||
| Бетонная конструкция | 9,8 | |||||
| Константан | 15.2 — 18,8 | |||||
| Медь | 16 — 16,7 | |||||
| Медь, бериллий 25 | 17,8 | |||||
| Корунд спеченный | 6,5 | |||||
| Алмаз (углерод) | 1,1 — 1,3 | |||||
| Дуралюминий | 23 | |||||
| Диспрозий | 9,9 | |||||
| Эбонит | 70 | |||||
| 45-65 | ||||||
| Эрбий | 12.2 | |||||
| Этиленэтилакрилат (EEA) | 205 | |||||
| Этиленвинилацетат (EVA) | 180 | |||||
| Европий | 35 | |||||
| Фторэтилен | ||||||
| Фторэтилен | ||||||
| Фторэтилен | Плавиковый шпат, CaF 2 | 19,5 | ||||
| Гадолиний | 9 | |||||
| Немецкое серебро | 18,4 | |||||
| Германий | 6.1 | |||||
| Стекло, твердое | 5,9 | |||||
| Стекло, пластина | 9,0 | |||||
| Стекло, Pyrex | 4,0 | |||||
| Золото | 14,2 | |||||
| 14,2 | ||||||
| Золото — платина | 15,2 | |||||
| Гранит | 7,9 — 8,4 | |||||
| Графит чистый (углерод) | 4-8 | |||||
| Gunmetal | ||||||
| Гафний | 5.9 | |||||
| Твердый сплав K20 | 6 | |||||
| Хастеллой C | 11,3 | |||||
| Гольмий | 11,2 | |||||
| Лед, 0 o C вода | 9034 9034 11,5 — 12,6 | |||||
| Индий | 33 | |||||
| Инвар | 1,5 | |||||
| Иридий | 6,4 | |||||
| Чугун, литой | 10.4-11 | |||||
| Кованое железо | 11,3 | |||||
| Железо, чистое | 12,0 | |||||
| Каптон | 20 | |||||
| Лантан | ||||||
| 9020 | Известняк | 8 | ||||
| Литий | 46 | |||||
| Лютеций | 9,9 | |||||
| Macor | 9,3 | |||||
| Магналий 2320.8 | ||||||
| Магний | 25 — 26,9 | |||||
| Магниевый сплав AZ31B | 26 | |||||
| Марганец | 22 | |||||
| Марганец | 208 | |||||
| Марганец | —9020,1 Марганин | Каменная кладка, кирпич | 4,7 — 9,0 | |||
| Ртуть | 61 | |||||
| Слюда | 3 | |||||
| Молибден | 5 | |||||
| Раствор | 7,3 — 13,5 | |||||
| Неодим | 9,6 | |||||
| Никель | 13,0 | |||||
| Ниобий (Columbium) | 9034 903490 | |||||
| Нейлон, армированный стекловолокном | 23 | |||||
| Нейлон, тип 11, формовочная и экструзионная смесь | 100 | |||||
| Нейлон, тип 12, формовочная и экструзионная смесь | 80.5 | |||||
| Нейлон, тип 6, литье | 85 | |||||
| Нейлон, тип 6/6, формовочная масса | 80 | |||||
| Дуб, перпендикулярно волокну | 54 | |||||
| Палладий | 11,8 | |||||
| Парафин | 106-480 | |||||
| Фенольная смола без наполнителей | 60-80 | |||||
| Фосфорная бронза 167 | ||||||
| Гипс | 17 | |||||
| Пластмассы | 40-120 | |||||
| Платина | 9 | |||||
| Плутоний | ||||||
| Плутоний | 47-54 | |||||
| Полиаллорид | ||||||
| Полимер | ||||||
| 92 | ||||||
| Полиамид (ПА) | 110 | |||||
| Полибутилен (ПБ) | 130-139 | |||||
| Поликарбонат (ПК) | 65-70 | Поликарбонат стекловолокно | 21.5 | |||
| Полиэстер | 124 | |||||
| Полиэстер — армированный стекловолокном | 25 | |||||
| Полиэтилен (PE) | 108-200 | |||||
| Полиэтилен (PE) — Высокомолекулярный вес (PE) — | ||||||
| Полиэтилентерефталат (ПЭТ) | 59,4 | |||||
| Полифенилен | 54 | |||||
| Полифенилен — армированный стекловолокном | 36 | |||||
| 36 | ||||||
| Полипропилен — армированный стекловолокном | 32 | |||||
| Полистирол (ПС) | 70 | |||||
| Полисульфон (ПСО) | 55-60 | |||||
| ПТФЭ | Политетрафторэтилен | |||||
| Полиуретан (PUR), жесткий | 57.6 | |||||
| Поливинилхлорид (ПВХ) | 54-110 | |||||
| Поливинилиденфторид (PVDF) | 128-140 | |||||
| Фарфор, промышленный | 4 | |||||
| 4 | ||||||
| Празеодим | 6,7 | |||||
| Прометий | 11 | |||||
| Кварц плавленый | 0,55 | |||||
| Кварц минеральный | 8–14 | Rhenium7 | ||||
| Родий | 8 | |||||
| Каменная соль | 40,4 | |||||
| Твердая резина | 80 | |||||
| Рутений | ||||||
| 11,6 | ||||||
| Сапфир | 5,3 | |||||
| Скандий | 10,2 | |||||
| Селен | 37 | |||||
| Кремний | 9034 | |||||
| Кремний | ||||||
| Серебро | 19 — 19,7 | |||||
| Ситалл | 0,15 | |||||
| Сланец | 10 | |||||
| Натрий | 70 | |||||
| 50% Свинец | Свинец | 25 | ||||
| Зеркало металлическое | 19,3 | |||||
| Стеатит | 8,5 | |||||
| Сталь | 10,8 — 12,5 | |||||
| Сталь Нержавеющая | .3||||||
| Сталь нержавеющая аустенитная (310) | 14,4 | |||||
| Сталь нержавеющая аустенитная (316) | 16,0 | |||||
| Сталь нержавеющая ферритная (410) | 9,9 | 9,9 | ||||
| Тантал | 6,5 | |||||
| Теллур | 36,9 | |||||
| Тербий | 10,3 | |||||
| Терне | 11.6 | |||||
| Таллий | 29,9 | |||||
| Торий | 12 | |||||
| Тулий | 13,3 | |||||
| олово | 20-23 | |||||
| 5-8 | ||||||
| Вольфрам | 4,5 | |||||
| Уран | 13,4 | |||||
| Ванадий | 8 | |||||
| Виниловый эфир | 9034 90349034 | |||||
| Воск | 2-15 | |||||
| Изделия Веджвуда | 8,9 | |||||
| Дерево, поперек (перпендикулярно) волокнам | 30 | |||||
| Дерево, ель | Дерево, ель | , параллельно зерну3 | ||||
| Дерево, сосна | 5 | |||||
| Иттербий | 26,3 | |||||
| Иттрий | 10,6 | |||||
| 9034 | ||||||
Тепловое расширение и сжатие
Тепловое расширение и сжатие ТЕПЛОВОЙ РАСШИРЕНИЕ И СЖАТИЕМатериалы расширяются или сжимаются при изменении температуры. Большинство материалов расширяются при нагревании и сжимаются при нагревании. охлаждение. В свободном состоянии бетон будет расширяться или сжиматься из-за колебаний. по температуре. Размер бетонной конструкции, будь то мост, шоссе или здание не делают его невосприимчивым к воздействию температуры.Расширение и сжатие при изменении температуры происходят независимо от площади поперечного сечения конструкций.
Бетон слегка расширяется при повышении температуры и сжимается при повышении температуры падает. Изменения температуры могут быть вызваны условиями окружающей среды или гидратацией цемента (экзотермический химический процесс, при котором цемент реагирует с водой в смеси бетона для создания вяжущего на основе гидрата силиката кальция и других соединений).Среднее значение коэффициента теплового расширения бетона составляет около 10 миллионных долей на градус Цельсия (10×10 -6 / C), хотя наблюдались значения в диапазоне от 7 до 12 миллионных долей на градус Цельсия. Это составляет изменение длины на 1,7 см на каждые 30,5 метра. из бетона, подвергшегося повышению или падению на 38 градусов по Цельсию.
Температурное расширение и сжатие бетона в основном зависит от тип заполнителя (сланец, известняк, кремнистый гравий, гранит), цементный содержание материала, водоцементное соотношение, температурный диапазон, возраст бетона, и относительная влажность окружающей среды.Из этих факторов совокупные тип имеет наибольшее влияние на расширение и сжатие конкретный.
Серьезные проблемы возникают в массивных конструкциях, в которых невозможно отвести тепло. Термическая усадка на поверхности бетона без соответствующего изменения в его внутренней температуре вызовет тепловой перепад и потенциально привести к растрескиванию. Изменения температуры, которые приводят к образованию жира, треснут конкретные элементы, которые удерживаются на месте или удерживаются другой частью конструкцией, внутренним усилением или грунтом.Для Например, длинная закрепленная бетонная секция может понизиться до температуры. При понижении температуры бетон имеет тенденцию к сокращению, но не может он ограничен по своей базовой длине. Это приводит к тому, что бетон становится напряженный, и в конечном итоге трещина.
Суставы — самый эффективный способ контроля
растрескивание. Если значительный участок бетона не обеспечен должным образом
разнесенные швы для компенсации температурных колебаний, бетон треснет
в обычном режиме, связанном с температурой и сдержанностью директории.Контрольные стыки имеют канавки, формуются или выпиливаются на тротуарах, проездах и тротуарах.
тротуары, полы и стены, чтобы в этих стыках возникло растрескивание
а не случайным образом. Суженные суставы обеспечивают движение
в плоскости плиты или стены и вызвать растрескивание, вызванное термической усадкой
в заранее выбранных местах. Один из самых экономичных способов изготовления
Усадочный шов — это просто пропиливание непрерывного разреза в верхней части
плиту кладочной пилой.
Информация собрана Лоуренсом Грыбоски.
Коэффициент теплового расширения бетона
Коэффициент теплового расширения определяется как изменение единицы длины на градус изменения температуры.Таким образом, в бетонном элементе это мера свободной деформации, возникающей в бетоне при изменении температуры на единицу, и обычно выражается в микродеформации на градус Цельсия (μ ε / ° C). Это очень важное свойство бетона, которое влияет на его поведение при тепловых воздействиях. Тепловые воздействия на бетон могут происходить из окружающей среды, хранящихся материалов или во время реакции гидратации.
Бетон как материал будет расширяться и сжиматься при изменении температуры, и если это не учтено в проекте, в бетонном элементе будут трещины.Коэффициент теплового расширения бетона во многом зависит от заполнителя, но при отсутствии данных в Великобритании можно использовать консервативное значение 12 × 10 –6 / ° C. В Еврокоде указано, что значение составляет 10 × 10 –6 / ° C, но это значение не считается консервативным. Диапазон коэффициента теплового расширения бетона составляет от 7 до 13 × 10 –6 / ° C.
Такие факторы, как содержание вяжущего материала, водоцементное соотношение, температурный диапазон, возраст бетона и относительная влажность окружающей среды, также могут влиять на термические свойства бетона.Однако природа заполнителей является основным фактором, определяющим коэффициент теплового расширения и огнестойкость бетона, поскольку они составляют около 70% бетона. В проекте α c предполагается постоянным для конкретного бетона, фактически он изменяется как в зависимости от возраста, так и содержания влаги. Полусухой бетон имеет немного более высокий коэффициент теплового расширения, чем насыщенный бетон.
Если тип группы горных пород крупного заполнителя известен и его использование может быть гарантировано, можно использовать соответствующее значение коэффициента теплового расширения из приведенной ниже таблицы. E.г. 10 × 10 –6 / ° C для гранитов и 9 × 10 –6 / ° C для известняков.
Таблица 1 : Расчетные значения коэффициента теплового расширения
Не существует стандартного метода измерения коэффициента теплового расширения для бетона в CEN, ISO или ASTM, хотя метод ремонта материалов предусмотрен в BS EN 1770. Однако для лабораторных измерений можно использовать собственные методы. Обычно точки измерения крепятся к бетонному образцу, который размещается на роликовых подшипниках в резервуаре для воды.Образец оставляют в воде до тех пор, пока не установится равновесие температуры и не будет снята серия измерений длины. Затем образец нагревают, например, до 80 ° C и поддерживают постоянной до тех пор, пока эта температура не будет достигнута по всей глубине образца. Снимается второй набор показаний и рассчитывается коэффициент теплового расширения.
Большое спасибо за чтение, и благословит вас Бог.
Таблица теплового расширениядля строительных материалов
См. Дополнительные темы кровли
О таблице теплового расширенияВ следующей таблице представлены коэффициенты линейного теплового расширения и типичные значения теплового расширения для различных строительных материалов.
Там, где это возможно, значения были взяты непосредственно из технических паспортов производителя и отражают коэффициенты линейного теплового расширения для конкретных типичных продуктов.
В некоторых случаях приведенные нами значения были рассчитаны путем усреднения данных производителя или производителя из более чем одного источника или были взяты из некоммерческого источника, который мы считаем авторитетным.
Здесь мы обсуждаем тепловое расширение, но все применяется в обратном порядке, когда температура снижается и материал сжимается.
Что такое коэффициент линейного теплового расширения?Коэффициент линейного теплового расширения (CLTE) — это изменение длины некоторого количества материала в виде доли от исходной длины материала на градус изменения температуры.
Итак, когда вы видите в листе технических данных производителя, CLTE выражается как «дюйм / дюйм • ° F» (или очень часто «дюйм / дюйм / ° F»), вы можете прочитать это как «изменение длины (измеренное в дюймов) на дюйм на градус.
Объяснение коэффициента линейного теплового расширенияЕсли CLTE материала составляет одну миллионную дюйма, это означает, что на каждый градус повышения температуры один дюйм материала расширяется до 1.000001 дюйм в длину.
Для куска материала длиной десять футов (120 дюймов) (например, листа металла) это означает увеличение на 120 миллионных долей дюйма для всего куска материала при изменении на один градус.
Для увеличения на 100 градусов это означает, что первоначальная десятифутовая секция добавит 12 000 миллионных долей дюйма к ее длине. Первоначальная десятифутовая секция теперь будет иметь длину 10 футов и 0,012 дюйма.
(Одна миллионная дюйма не является типичным CLTE, все перечисленные ниже материалы имеют гораздо большие CLTE.)
Изменения значений теплового расширенияОбратите внимание, что изменения в составе материалов продукта, различия в производственных процессах и температурный диапазон во время расширения или сжатия (например, температура повышается с 0 ° F до 50 ° F по сравнению с … повышение с 70 ° F до 120 ° F) может повлиять на фактические значения теплового расширения.
Например, кровельные мембраны для застроенных кровель имеют гораздо большие значения CLTE при температуре от -20 ° F до + 30 ° F, чем при температуре от + 80 ° F до +130 ° F. CLTE бетона варьируется в зависимости от типа заполнителя, используемого в смеси.
Из перечисленных ниже кровельных мембранных материалов по мере старения обычно образуются меньшие размеры CLTE.
Уточняйте у производителя!Эти значения теплового расширения предназначены для предоставления общего представления о том, насколько различные материалы расширяются и сжимаются из-за изменения температуры, и не должны использоваться, если точные значения необходимы для критических инженерных расчетов.
Если необходима точность, всегда сверяйтесь с техническими описаниями конкретного продукта, который вы собираетесь использовать.Если в технических паспортах не указан коэффициент линейного теплового расширения, обратитесь в технический отдел производителя продукта или поставщика материалов.
В нашем Справочнике производителей вы найдете огромный список веб-сайтов производителей строительных товаров.
Таблица коэффициентов линейного теплового расширения для строительных материаловЧтобы преобразовать десятичные дроби в дюймах в дроби, см. Нашу Таблицу дюймовые дроби в десятичные дроби в миллиметры.
Коэффициент теплового расширения бетонной системы
Определения коэффициента теплового расширения (CTE) позволяют прогнозировать тепловые расширения и сжатия бетонного покрытия.Ценности CTE помогают в разработке конструкций бетонных смесей для дорожного покрытия, которые увеличивают срок службы. Программа исследований NCHRP 1-37A показала, что эти тепловые движения оказывают значительное влияние на характеристики бетонного покрытия, и включила использование значений CTE в Механистико-эмпирическое руководство по проектированию дорожного покрытия (MEPDG). AASHTO T 336 — это стандартный метод испытаний для определения значений CTE, и другие агентства оценивают его разработку.
После насыщения диаметром 4×7 дюймов (101,6×177,8 мм)Образец бетона xL устанавливается в измерительную раму и погружается в водяную баню, испытание запускается простым нажатием кнопки пуска. Точные измерения изменения длины образца регистрируются при заданных контролируемых температурах в диапазоне 10–50 ° C (50–122 ° F). По завершении вычисляется значение CTE и сообщается.
Gilson CTE Все компоненты системы работают вместе для достижения значительных улучшений в точности, воспроизводимости и универсальности по сравнению с доступными в настоящее время системами.Предварительно загруженное программное обеспечение на прилагаемом портативном компьютере полностью автоматизирует измерение, регистрацию и расчет окончательных значений CTE в соответствии с AASHTO T 336. Портативная настольная водяная баня из нержавеющей стали позволяет проводить испытания двух образцов одновременно. В блоке циркуляции воды используется термистор с разрешением 0,01 ° C и точностью ± 0,05 ° C для контроля и записи температуры ванны. Вода рециркулирует каждые двадцать секунд, обеспечивая одинаковый уровень температуры. Эффекты потерь при испарении устраняются устройством контроля уровня воды, которое точно поддерживает постоянный уровень воды на протяжении всего испытания.Сверхпрочная регулируемая измерительная рамка для образцов регулируется для высоты образца от 4 до 8,5 дюймов (от 102 до 216 мм) и изготовлена из нержавеющей стали типа 304 для обеспечения однородных характеристик расширения. LVDT, надежно закрепленный на измерительной раме, имеет ход 1,27 мм с разрешением 3,1×10-8 мм, что обеспечивает чрезвычайно точные измерения изменения длины.
Система CTE работает при 115 В / 60 Гц или 240 В / 50 Гц и включает портативный компьютер с предварительно загруженным программным обеспечением CTE, необходимые компьютерные интерфейсы, настольную водяную баню из нержавеющей стали емкостью 10 галлонов (38 л) и размерами 25 x 15 x 13 дюймов. (635x381x330 мм) WxDxH, одна измерительная рамка из нержавеющей стали с LVDT, автономный блок циркуляции воды с терморезисторным датчиком температуры и устройство контроля уровня воды.
Образцы для калибровки и поверки приобретаются отдельно. Калибровочный образец HMA-104 изготовлен из нержавеющей стали 304, а поверочный образец HMA-115 — из нержавеющей стали 410. Доступны калибровочные образцы из титановой стали и никеля класса 5, которые могут быть сертифицированы в соответствии с ASTM E228 центром ISO 9001 для дополнительной уверенности. Запросите дополнительную информацию.
Дополнительная измерительная рамка HMA-114 CTE с LVDT, приобретаемая отдельно, позволяет тестировать два образца одновременно для большей эффективности образца.Рамки поставляются готовыми для подключения LVDT непосредственно к USB-порту компьютера. Калибратор LVDT HMA-113 с цифровым микрометром можно приобрести отдельно, чтобы проверить работу LVDT.
Характеристики:
- Прогнозирование теплового расширения и сжатия в бетонном покрытии
- Точное измерение изменений длины лабораторных образцов
- Процесс, управляемый программным обеспечением CTE, соответствует AASHTO T 336
- Регулируемая измерительная рамка из нержавеющей стали типа 304 с LVDT
- Проверочный образец может быть дополнительно сертифицирован в соответствии с ASTM E228 на предприятии ISO 9001
Включенные позиции:
- Бетонная система с коэффициентом теплового расширения (CTE)
- Измерение образца с рамой LVDT
- с изолированной водяной баней (нержавеющая сталь) , емкость приблизительно 10 галлонов (38 л)
- Блок циркуляции воды с датчиком температуры
- Устройство контроля воды
- Портативный компьютер с программным обеспечением CTE и интерфейсами
Принадлежности:
.