Модуль упругости бетона в20: Модуль упругости бетона — Доктор Лом

Содержание

влияющие факторы и методы определения

Для характеристики эксплуатационных и физико-механических свойств материалов используются различные показатели. Широкое распространение получил модуль упругости бетона, характеризующий способность упруго деформироваться в результате воздействия внешней силы и давления. Чтобы разобраться в свойствах готового бетонного раствора, стоит узнать, что это такое, от чего зависит и каким образом определяется.

Читайте в статье

Понятие модуля упругости бетона и единицы измерения

В процессе эксплуатации твёрдые тела подвергаются нагружению и начинают деформироваться. Сначала протекающие деформационные изменения являются обратимыми, а их величина от прикладываемого усилия является линейной. Как только нагрузка снимается, изделие полностью восстанавливает первоначальную форму. Для описания протекающих процессов используется закон Гука, согласно которому в качестве коэффициента пропорциональности между абсолютным сжатием либо удлинением и прикладываемым усилием используется модуль упругости.

ФОТО: portbeton.ruМодуль упругости зависит от марки бетона ФОТО: konspekta.netМодуль выступает в качестве коэффициента пропорциональности

Определение данного показателя звучит следующим образом: модуль упругости – коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и соответствующей ему относительной продольной деформацией. Измеряется в кгс/см² (Н/м², Па). Называют модулем Юнга.

Как только нагрузка превысит определённый уровень, начинается фаза необратимых изменений. Деформативность становится неупругой. Сдвиг увеличивается без дальнейшего приложения нагрузки. В зоне ползучести внутренние связи начинают разрушаться, и бетонная конструкция теряет прочность.

ФОТО: gidrocor.ruПри превышении определённого значения бетонная конструкция начинает разрушаться

Факторы, влияющие на модуль упругости бетона

Значение модуля упругости может существенно отличаться. На него влияет множество факторов. Чтобы получить желаемый результат, стоит с ними познакомиться заранее.

ФОТО: static.tildacdn.comЗначение зависит от многих факторов

Качество и объёмное содержание заполнителей

Бетон представляет собой смесь, состоящую из некоторого количества цемента и заполнителей. Качество и концентрация последних оказывают непосредственное влияние на значение модуля упругости. Если структура является неоднородной, вероятность возникновения сложного напряжённого состояния существенно возрастает. Основная нагрузка приходится на жёсткие частицы. Зоны с пустотами и порами испытывают поперечное растяжение.

Внимание! Введение в состав крупного заполнителя способствует увеличению упругих свойств железобетона.

ФОТО: house-keys.ruСоотношение компонентов может отличаться

Класс бетона

Класс бетона оказывает непосредственное влияние на модель упругости. Чем выше класс, тем большей прочностью на сжатие и плотностью будет обладать состав и будет лучше сопротивляться воздействующей нагрузке. Самое высокое значение у бетона В60  численно равно 39,5 МПа×10-3. Наименьшее значение у В10 и соответствует 19 МПа×10-3.

ФОТО: cemmix.ruКласс бетона – важный критерий

Температура воздуха и влажность среды

При повышении температуры деформация в бетоне увеличивается, а упругие свойства снижаются. Это способствует повышению внутренней энергии смеси, а также линейному расширению материала, траекторий движения молекул и увеличению пластичности.

Внимание! Температурные колебания учитывают только, если их диапазон превышает 20 °С.

ФОТО: static.tildacdn.comТемпература определяет скорость набора прочности и количество деформаций

Влажность влияет на упругость материала. В расчётах используется коэффициент ползучести. Чем выше процентное содержание водяного пара, тем ниже будут пластические деформации.

ФОТО: wallpapertag.comУровень влажности бетона влияет на пластичность

Время воздействия нагрузки и условия твердения смеси

Продолжительность действия нагрузки на бетонную конструкцию также влияет на модуль упругости. Если нагружение осуществляется, мгновенно деформация конструкции увеличивается пропорционально приложенным внешним силам. Длительное напряжение приводит к уменьшению величины модуля. Зависимость носит нелинейный характер. Пластическая и упругая деформация складываются.

ФОТО: static.tildacdn.comХарактер прикладываемой нагрузки может отличаться

Условия, в которых бетон набирает свою прочность, могут отличаться. В естественных условиях значение всегда выше. Если материал обрабатывается в автоклавной установке либо осуществляется пропаривание в условия атмосферных давлений, значение несколько снизится. Причиной этого является образование большого числа пустот и пор благодаря неравномерному температурному расширению объёма, понижению качества гидратации зёрен цемента.

ФОТО: beton-house.comТвердение в естественных условиях предпочтительней

Возраст бетона и армирование конструкции

Для набора прочности свежезалитому бетону достаточно четырёх недель. По истечении указанного периода смесь будет обладать упругими свойствами и достаточной пластичностью. Максимальная твёрдость будет достигнута только через 200-250 дней. Именно в это время модуль упругости достигнет максимального значения, соответствующего марочной прочности.

ФОТО: cemmix.ruДля набора прочности требуется время

Для того чтобы монтируемая конструкция прослужила подольше, её обязательно армируют. В качестве армирующих элементов берётся сетка либо каркас, для изготовления которого использовалась арматура, относящаяся к классам АI, AIII, А500С, Ат800, древесина и композиты. Все эти элементы в процессе эксплуатации воспринимают растягивающие и сжимающие нагрузки, воздействующие на бутон.

Благодаря армированию удается повысить упругость и прочностные характеристики конструкции. Уменьшается вероятность образования трещин деформационного и усадочного типа.

ФОТО: a-plus-enterprises.comАрмирование повышает упругость

Модуль упругости бетона (Еб): способы определения значения

Порядок определения  Еб может несколько отличаться. Каждый способ имеет свои отличительные особенности. Стоит ознакомиться с нюансами каждого метода, чтобы не допустить ошибок в момент определения значения.

Механическое испытание

При проведении механических испытаний образец подвергается разрушению. Исследование производится с учётом требований ГОСТ 24452, устанавливающих требования к используемым образцам и порядку проведения исследований.

ФОТО: nilstroi.ruДля проведения испытания требуется специальное оборудование
Материалы и инструменты

Для проведения исследований используются образцы, имеющие форму круга либо квадрата. Соотношение высоты и поперечного сечения принимают равным четырём. Образцы высверливаются, выбуриваются либо выпиливаются из готового изделия. До начала испытаний их держат под влажной тканью.

Для получения искомого значения образцы помещают на пресс, оснащённый специальными базами, позволяющими измерить деформацию. Приборы располагаются под разными углами к грани образца. Для фиксации индикаторов используются стальные рамки. В некоторых случаях индикаторы приклеиваются к опорным вставкам.

Внимание! Если конструкция работает в условиях повышенной влажности, требуется специальная подготовка по ГОСТ 24452-80.

ФОТО: beton-house.comОбразец помещается под пресс
Схема испытания образцов

Испытания выполняются в следующей последовательности:

  1. Образцы подготавливаются и с индикаторами помещаются под пресс, добиваясь совмещения осей образца и центра плиты. Назначают разрушающую нагрузку в т/м2. Величина зависит от марочной прочности бетона.
  2. Производят ступенчатое увеличение нагрузки с шагом 10 % от разрушающей и интервалом 4-5 минут.
  3. Доводят значение до 40-45 % от максимального. При отсутствии дополнительных требований приборы снимают, а дальнейшее нагружение выполняют с постоянной скоростью.
  4. Результаты для каждого образца обрабатывают, когда нагрузка составляет 30 % от разрушающей. Данные отображаются в журнале испытаний.

По проведенным исследованиям определяют начальный модуль упругости Еб. Нормативные значения для каждого класса содержатся в таблицах со строительными нормами и маркировке изделия. Для В15, В20, В25, В30, полученного в условиях естественного твердения, коэффициент равен 23, 27, 30, 32,5 МПа×10-3 соответственно, в условиях термической обработки – 25, 24,5, 27, 29.

ФОТО: studfile.netНагрузка повышается ступенчато

Неразрушающий ультразвуковой способ

Механический способ предполагает выемку образца из уже готовой конструкции. Это не всегда удобно и сопряжено с рядом трудностей. Ультразвуковой способ позволяет обойтись без локального разрушения. В условиях повышенной влажности погрешность составляет 15 -75 % из-за более высокой скорости распространения ультразвуковых волн в водной среде. Существует метод, позволяющий найти значение при различной влажности материала. Испытания проводятся на образцах, имеющих различную водонасыщенность.

Для нахождения нормативных и расчётных значений используют корректирующие коэффициенты, учитывая соответствующие значения. Методика приведена в СП 63.13330.2012.

Делитесь в комментариях, какому методу определения модуля упругости бетона вы доверяете больше всего и каким приходилось пользоваться.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? Поддержите нас и поделитесь с друзьями

Деформации бетона

Деформативные свойства бетона определяются его начальным модулем упругости Еb. Этот модуль может быть определен в зави­симости от марки или класса бетона по таблице ниже.

За начальный модуль упругости бетона при сжатии и растя­жении принимается отношение нормального напряжения в бето­не к его относительной деформации при величине напряжения σb < 0,2Rb. Упругие свойства бетона следует проверить путем эк­сперимента, определив начальный модуль упругости вь = 0,2Rb и условный модуль деформаций при σb = 0,2Rb, подвергнув осе­вому сжатию призму размером 100x100x300 мм, замеряя деформацию ε = Δl/l.

При однократном непрерывном сжатии бетонного образца мак­симальной разрушающей нагрузкой диаграмма напряжения-дефор­мации имеет криволинейное очертание, деформации в бетоне рас­тут быстрее напряжений (рис. ниже). Такой характер диаграммы возникает, потому что при быстром достижении максимального усилия в бетоне под действием нагрузки одновременно с упругими деформациями развиваются также неупругие, обусловленные пол­зучестью бетона. Ползучесть — это способность бетона деформи­роваться во времени даже при неизменной нагрузке.

В момент окончательного разрушения призмы получают рас­четное сопротивление Rb. После этого строится график с отклады­ванием по оси х относительного удлинения, а по оси у — напряже­ния в бетоне (рис. выше).

Затем определяют:

1. начальный модуль упругости при напряжении σb = 0,2Rb (тан­генс угла наклона касательной к действительной диаграмме σ-ε в начале координат)

tga0 = Eb = σbel

2. с увеличением напряжений угол наклона касательной к кривой σbb будет уменьшаться (вследствие развития во времени де­формаций ползучести). Находят тангенс угла наклона к оси абс­цисс касательной, проведенной к этой кривой,

tga0 = Eb = dσb/dεb

3. определяют условный модуль упругости (средний модуль упругопластичности бетона) при σb = 0,5Rb (тангенс угла наклона секущей к кривой полных деформаций)

tga1 = Eb = σbb

4. выражая модуль упргопластичности бетона через модуль упру­гости (из выражений выше), получают коэффициент упругости бетона (коэффициент Пуассона)

v = εelb

Коэффициент Пуассона (отношение поперечной деформации к продольной) с увеличением напряжений в бетоне возрастает: на­чальное его значение принимается равным 0,2.

Призменная прочность бетона может быть получена по формуле

Rb = Nmax/A

где Nmax — разрушающая нагрузка, кН; А — площадь сечения об­разца, см2.

что это такое, способы его определения


Основные сведения

Модуль Юнга, (называемый также модулем продольной упругости и модулем упругости первого рода) это важная механическая характеристика вещества. Он является мерой сопротивляемости продольным деформациям и определяет степень жесткости. Он обозначается как E; измеряется н/м2 или в Па.

Это важный коэффициент применяют при расчетах жесткости заготовок, узлов и конструкций, в определении их устойчивости к продольным деформациям. Вещества, применяемые для изготовления промышленных и строительных конструкций, имеют, как правило, весьма большие значения E. И поэтому на практике значения Е для них приводят в гигаПаскалях (1012Па)

Величину E для стержней поддается расчету, у более сложных конструкций она измеряется в ходе опытов.

Приближенные величины E возможно узнать из графика, построенного в ходе тестов на растяжение.

График теста на растяжение

E- это частное от деления нормальных напряжений σ на относительное удлинение ε.

E=α/ε

Закон Гука также можно сформулировать и с использованием модуля Юнга.

Нормативные данные для расчетов металлических конструкций:

Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990))

листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений

Примечания:

1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм).

2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88.

3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см 2 ).

Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))

Расчетные сопротивления для стали, используемой для производства профилированных листов, приводятся отдельно.

1. СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»

3. СНиП II-23-81 (1990) «Стальные конструкции»

4. Александров А.В. Сопротивление материалов. Москва: Высшая школа. — 2003.

5. Фесик С.П. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Будiвельник. — 1982.

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Для Украины — номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 0121 5641

Кошелек webmoney: R158114101090

Или: Z166164591614

спасибо вам всеесть то что надо

Кавабанга! Технология неавтоклавного газобетона

Почему значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении умножаются на 10^-3? Должна ведь быть положительная степень. Выходит, что модуль упругости для бетона В25 составляет 30 кПа, но он равен 30 ГПа!

Возможно, модуль упругости легче бы запоминался и воспринимался в ГПа, ведь тогда у стали примерно 200 единиц, а у древесины 10. 12.

Вполне возможно, вот только и ГигаПаскали — не самая наглядная и простая для восприятия размерность.

Физический смысл модуля Юнга

Во время принудительного изменения формы предметов внутри них порождаются силы, сопротивляющиеся такому изменению, и стремящиеся к восстановлению исходной формы и размеров упругих тел.

Если же тело не оказывает сопротивления изменению формы и по окончании воздействия остается в деформированном виде, то такое тело называют абсолютно неупругим, или пластичным. Характерным примером пластичного тела является брусок пластилина.

Виды деформации

Р. Гук исследовал удлинение стрежней из различных веществ, под воздействием подвешенных к свободному концу гирь. Количественным выражением степени изменения формы считают относительное удлинение, равное отношению абсолютного удлинения и исходной длины.

В результате серии опытов было установлено, что абсолютное удлинение пропорционально с коэффициентом упругости исходной длине стрежня и деформирующей силе F и обратно пропорционально площади сечения этого стержня S:

Δl = α * (lF) / S

Величину, обратную α, и называют модулем Юнга:

1/α = E

Относительная деформация:

ε = (Δl) / l = α * (F/S)

Отношение растягивающей силы F к S называют упругим напряжением σ:

ε=α σ

Закон Гука, записанный с использованием модуля Юнга, выглядит так:

σ = ε/α = E ε

Теперь можно сформулировать физический смысл модуля Юнга: он соответствует напряжению, вызываемому растягиванием стержнеобразного образца вдвое, при условии сохранения целостности.

В реальности подавляющее большинство образцов разрушаются до того, как растянутся вдвое от первоначальной длины. Значение E вычисляют с помощью косвенного метода на малых деформациях.

Коэффициент жёсткости при упругой деформации стержня вдоль его оси k = (ES) / l

Модуль Юнга определяет величину потенциальной энергии тел или сред, подвергшихся упругой деформации.

Общее понятие

Модуль упругости (также известный как модуль Юнга) – один из показателей механических свойств материала, который характеризует его сопротивляемость деформации растяжения. Другими словами, его значение показывает пластичность материала. Чем больше модуль упругости, тем менее будет растягиваться какой-либо стержень при прочих равных условиях (величина нагрузки, площадь сечения и прочее).

В теории упругости модуль Юнга обозначается буквой Е. Является составной частью закона Гука (закона о деформации упругих тел). Связывает напряжение, возникающее в материале, и его деформацию.

Согласно международной стандартной системе единиц измеряется в МПа. Но на практике инженеры предпочитают использовать размерность кгс/см2.

Определение модуля упругости осуществляется опытным путем в научных лабораториях. Суть данного способа заключается в разрыве на специальном оборудовании гантелеобразных образцов материала. Узнав напряжение и удлинение, при котором произошло разрушение образца, делят данные переменные друг на друга, тем самым получая модуль Юнга.

Отметим сразу, что таким методом определяются модули упругости пластичных материалов: сталь, медь и прочее. Хрупкие материалы – чугун, бетон – сжимают до появления трещин.

Дополнительные характеристики механических свойств

Модуль упругости дает возможность предугадать поведение материла только при работе на сжатие или растяжение. При наличии таких видов нагрузок как смятие, срез, изгиб и прочее потребуется введение дополнительных параметров:

  • Жесткость есть произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения профиля. По величине жесткости можно судить о пластичности уже не материала, а узла конструкции в целом. Измеряется в килограммах силы.
  • Относительное продольное удлинение показывает отношение абсолютного удлинения образца к общей длине образца. Например, к стержню длиной 100 мм приложили определенную силу. Как результат, он уменьшился в размере на 5 мм. Деля его удлинение (5 мм) на первоначальную длину (100 мм) получаем относительное удлинение 0,05. Переменная является безразмерной величиной. В некоторых случаях для удобства восприятия переводится в проценты.
  • Относительное поперечное удлинение рассчитывается аналогично вышепредставленному пункту, но вместо длины здесь рассматривается диаметр стержня. Опыты показывают, что для большинства материалов поперечное удлинение в 3-4 раза меньше, чем продольное.
  • Коэффициент Пуансона есть отношение относительной продольной деформации к относительной поперечной деформации. Данный параметр позволяет полностью описать изменение формы под воздействием нагрузки.
  • Модуль сдвига характеризует упругие свойства при воздействии на образец касательных напряжений, т. е. в случае, когда вектор силы направлен под 90 градусов к поверхности тела. Примерами таких нагрузок является работа заклепок на срез, гвоздей на смятие и прочее. По большому счету, модуль сдвига связан с таким понятием как вязкость материла.
  • Модуль объемной упругости характеризуется изменением объема материала для равномерного разностороннего приложения нагрузки. Является отношением объемного давления к объемной деформации сжатия. Примером такой работы служит опущенный в воду образец, на который по всей его площади воздействует давление жидкости.

Читать также: Авито как установить сплит систему самому

Помимо вышесказанного необходимо упомянуть, что некоторые типы материалов имеют различные механические свойства в зависимости от направления нагрузки. Такие материалы характеризуются как анизотропные. Яркими примерами служит древесина, слоистые пластмассы, некоторые виды камня, ткани и прочее.

У изотропных материалов механические свойства и упругая деформация одинаковы в любом направлении. К ним относят металлы (сталь, чугун, медь, алюминий и прочее), неслоистые пластмассы, естественные камни, бетон, каучук.

Значения модуля юнга для некоторых материалов

В таблице показаны значения E ряда распространенных веществ.

Материалмодуль Юнга E, ГПа
Алюминий70
Бронза75-125
Вольфрам350
Графен1000
Латунь95
Лёд3
Медь110
Свинец18
Серебро80
Серый чугун110
Сталь200/210
Стекло70

Модуль продольной упругости стали вдвое больше модуля Юнга меди или чугуна. Модуль Юнга широко применяется в формулах прочностных расчетов элементов конструкций и изделий в целом.

Предел прочности материала

Это предел возникающего напряжения, после которого образец начинает разрушаться.

Статический предел прочности измеряется при продолжительном приложении деформирующего усилия, динамический — при кратковременном, ударном характере такого усилия. Для большинства веществ динамический предел больше, чем статический.

Инструмент для определения предела прочности

Кроме того, существуют пределы прочности на сжатие материала и на растяжение. Они определяются на испытательных стенда опытным путем, при растягивании или сжатии образцов мощными гидравлическим машинами, снабженными точными динамометрами и измерителями давления. В случае невозможности достижения требуемого давления гидравлическим способом иногда применяют направленный взрыв в герметичной капсуле.

Допускаемое механическое напряжение в некоторых материалах при растяжении

Из жизненного опыта известно, что разные материалы по-разному сопротивляются изменению формы. Прочностные характеристики кристаллических и других твердых тел определяются силами межатомного взаимодействия. По мере роста межатомных расстояний возрастают и силы, притягивающие атомы друг к другу. Эти силы достигают максимума при определенной величине напряжения, равной приблизительно одной десятой от модуля Юнга.

Испытание на растяжение

Эту величину называют теоретической прочностью, при ее превышении начинается разрушение материала. В реальности разрушение начинается при меньших значениях, поскольку строение реальных образцов неоднородно. Это вызывает неравномерное распределение напряжений, и разрушение начинается с тех участков, где напряжения максимальны.

Значения σраст в МПа:

Материалыσраст
Бор57000,083
Графит23900,023
Сапфир14950,030
Стальная проволока4150,01
Стекловолокно3500,034
Конструкционная сталь600,003
Нейлон480,0025

Эти цифры учитываются конструкторами при выборе материала деталей будущего изделия. С их использованием также проводятся прочностные расчеты. Так, например, тросы, используемые для подъемно- транспортных работ, должны иметь десятикратный запас по прочности. Периодически их проверяют, подвешивая груз в десять раз больше, чем паспортная грузоподъемность троса.

Запасы прочности, закладываемые в ответственные конструкции, также многократны.

Виды нагрузок

При использовании металлов прилагаются разные нагрузки статического и динамического воздействия. В теории прочности принято определять нагружения следующих видов.

  • Сжатие – действующая сила сдавливает предмет, вызывая уменьшение длины вдоль направления приложения нагрузки. Такую деформацию ощущают станины, опорные поверхности, стойки и ряд других конструкций, выдерживающих определённый вес. Мосты и переправы, рамы автомобилей и тракторов, фундаменты и арматура, – все эти конструктивные элементы находятся при постоянном сжатии.

  • Растяжение – нагрузка стремится удлинить тело в определенном направлении. Подъемно-транспортные машины и механизмы испытывают подобные нагружения при подъеме и переноске грузов.

Читать также: Мешалка для раствора на дрель

  • Сдвиг и срез – такое нагружение наблюдается в случае действия сил, направленных вдоль одной оси навстречу друг другу. Соединительные элементы (болты, винты, заклепки и другие метизы) испытывают нагрузку подобного вида. В конструкции корпусов, металлокаркасов, редукторов и других узлов механизмов и машин обязательно имеются соединительные детали. От их прочности зависит работоспособность устройств.

  • Кручение – если на предмет действует пара сил, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, то возникает крутящий момент. Эти усилия стремятся произвести скручивающую деформацию. Подобные нагружения наблюдаются в коробках передач, валы испытывают именно такую нагрузку. Она чаще всего непостоянная по значению. В течение времени величина действующих сил меняется.

  • Изгиб – нагрузка, которая изменяет кривизну предметов, считается изгибающей. Мосты, перекладины, консоли, подъемно-транспортные механизмы и другие детали испытывают подобное нагружение.

Коэффициент запаса прочности

Для количественного выражения запаса прочности при конструировании применяют коэффициент запаса прочности. Он характеризует способность изделия к перегрузкам выше номинальных. Для бытовых изделий он невелик, но для ответственных узлов и деталей, могущих при разрушении представлять опасность для жизни и здоровья человека, его делают многократным.

Запас прочности

Точный расчет прочностных характеристик позволяет создать достаточный для безопасности запас прочности и одновременно не перетяжелить конструкцию, ухудшая ее эксплуатационные характеристики. Для таких расчетов используются сложные математические методы и совершенное программное обеспечение. Наиболее важные конструкции обсчитывают на суперкомпьютерах.

Материалы | Бесплатный полнотекстовый | Механические характеристики высокопрочного устойчивого бетона в условиях пожара, содержащего местный вулканический пепел, в Центральном Харрате Рахат, Саудовская Аравия

1.

Введение Бетон является одним из наиболее широко используемых строительных материалов на Земле. Хотя бетон демонстрирует выдающиеся технические характеристики в различных экстремальных условиях, он сталкивается со значительными проблемами при воздействии огня из-за неправильной конструкции или в результате аварии.Бетон считается полупостоянным материалом, который не горит и не выделяет токсичных газов или дыма. Устойчивость к повышенным температурам и огню является одним из важнейших свойств бетона для сохранения его структурной целостности [1]. Однако интенсивное и длительное воздействие огня может значительно ухудшить его конструктивные характеристики [2,3,4,5]. Пожар вызывает резкое повышение температуры за относительно короткое время, что приводит к ухудшению физических, химических и механических свойств бетона.Повышенная температура существенно влияет на цвет, форму, жесткость и прочность бетонных конструкций. Потеря прочностных и упругих свойств, как правило, связана с растрескиванием и выкрашиванием бетона, что вызвано температурными градиентами в массе бетона [6,7]. Ухудшение характеристик бетона из-за воздействия огня связано со структурными изменениями в цементной матрице на микроскопическом уровне. Продукты гидратации цементной матрицы разлагаются при воздействии повышенных температур.Кроме того, термическая несовместимость бетонных элементов и повышение давления пара еще больше ухудшают долговечность бетона. За последние несколько десятилетий были проведены обширные исследования для оценки конструкционных характеристик бетона, подвергающегося воздействию высоких температур, и было использовано несколько методов, чтобы справиться с повышенными температурами. В бетон добавляют различные природные и синтетические материалы для улучшения его огнестойкости. Среди них пуццолановые материалы показали хорошую тенденцию к повышению огнестойкости бетона [2].В последние годы были проведены обширные исследования потенциального использования природных материалов и отходов, образующихся в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, в производстве высокопрочного и высокоэффективного устойчивого бетона [8,9,10]. Пуццолановая зола, полученная в результате различных процессов в промышленности, показала многообещающие результаты при включении в раствор и бетон. Использование таких пуццолановых материалов со временем набирает популярность благодаря их превосходным структурным характеристикам, экологичности и высокому потенциалу энергосбережения.Все эти свойства в совокупности делают пуццолановые материалы одним из основных устойчивых источников замены цемента в бетоне. В качестве дополнительных вяжущих материалов обычно используются зола рисовой шелухи (RHA) [11], микрокремнезем (SF) [12], летучая зола (FA) [13], зола пшеничной соломы (WSA) [14], вулканический пепел (VA) [15], молотый гранулированный доменный шлак (ГГШШ) [16] и метакаолин (МК) [17]. Добавление этих пуццолановых материалов в бетон улучшает его механические свойства и повышает долговечность.Кроме того, он также повышает устойчивость бетона к экстремальным условиям окружающей среды, таким как замораживание и оттаивание, щелочно-кремнеземная реакция (ASR) и воздействие сульфатов и хлоридов. Химические и механические свойства этих вторичных вяжущих материалов (ВЦМ) были широко исследованы, в то время как некоторые характеристики еще предстоит изучить. Одной из жизненно важных областей, требующих более глубоких знаний, является воздействие на бетон (содержащий пуццолановые материалы) сильно повышенных температур.Различные SCM были оценены в отношении высоких температур, включая FA, VA и GGBFS. Насер и Марзук провели одно из первых исследований массивного бетона с добавками FA, подвергнутого воздействию повышенной температуры, в 1979 г. [18]. Они наблюдали увеличение прочности при температурах от 121 до 149 °C, тогда как снижение прочности и эластичности на 60% и 65% было зафиксировано при повышенных температурах 177 и 232 °C соответственно. Снижение прочности на сжатие бетона, содержащего 10–40 % ФА, зафиксировано при воздействии на него температуры от 200 до 800 °С.Кроме того, трещины обнаруживались при температурах от 400 до 800 °С [19]. Хан и Али [20] исследовали влияние 25% и 40% FA в качестве замены цемента на прочность на сжатие бетона, подвергающегося воздействию высоких температур в напряженных и ненапряженных условиях. Они обнаружили, что образец с 40% FA, подвергнутый воздействию 400 °C в напряженном состоянии, показал минимальное снижение остаточной прочности на сжатие (RCS) по сравнению с контрольными образцами при той же температуре. Надим и др.[17] исследовали характеристики цементного раствора с добавками FA и MK при высоких температурах от 27 до 800 °C. Снижение прочности и долговечности бетона было замечено за пределами 400 °С, что можно считать критической температурой с точки зрения долговечности и потери прочности. Раствор с 20% FA показал лучшие результаты по сравнению с 20% цементным раствором MK. Pathak и Siddique [21] сообщили, что присутствие летучей золы в самоуплотняющемся бетоне улучшило его проницаемость для ионов хлорида, а также улучшило его механические свойства при повышенной температуре.Некоторые исследования показали, что увеличение степени замещения ТВС приводит к снижению теплопроводности бетона. Однако на теплопроводность также влияет соотношение воды и вяжущего (вес/вес). Более высокий вес/вес снижает коэффициент теплового расширения бетона, содержащего 50% FA, в то время как он увеличивается при более низком весе/весе при том же уровне замены [22,23]. Добавление ГГБФС в качестве частичной замены цемента в бетон доказало свою эффективность в улучшении механических свойств бетона наряду с увеличением огнестойкости [24].Wang [25] заметил, что замена цемента на GGBFS примерно на 20 % повышает огнестойкость цементного раствора, подвергающегося воздействию высоких температур. Пун и др. [26] изучали влияние СКМ на прочностные и долговечные свойства стандартных и высокопрочных бетонов (ВБК), подвергающихся воздействию повышенных температур, и отметили, что образцы, содержащие ГГБФС, показали лучшие характеристики по сравнению с контрольными образцами. Демирель и Келестемур [27] подвергали бетон, смешанный с бинарной смесью мелкоизмельченной пемзы (FGP) и SF, воздействию высоких температур.Они пришли к выводу, что добавление как FGP, так и SF снижает прочность на сжатие и уменьшает удельный вес бетона при температуре выше 600 °C. Мохамад и др. [28] экспериментально исследовали характеристики ВА в цементном растворе и подчеркнули, что замена цемента ВА влияет на свойства раствора в более позднем возрасте как при температуре окружающей среды, так и при высоких температурах. Добавление VA до 20% в HSC продемонстрировало лучшую стойкость к проницаемости хлоридов и разрушению наряду с повышением остаточной прочности при воздействии высокой температуры около 800 °C.Однако снижение долговечности и потеря прочности были заметны при повышении температуры выше 800 °С [29]. Согласно Khurram et al. [30], образцы строительных растворов с 20% ВК в качестве замены цемента обладали лучшими механическими свойствами при повышенной температуре по сравнению с контрольными образцами. самый высокий в мире [31]. На цементную и бетонную промышленность приходится около 10 % общего глобального выброса CO 2 , который вызывает проблемы, связанные с глобальным потеплением и изменением климата [32].Таким образом, существует огромная глобальная потребность в сокращении использования цемента путем замены его природными пуццолановыми/цементирующими материалами или побочными промышленными продуктами для уменьшения его углеродного следа [33]. В настоящее время KSA импортирует различные типы коммерчески доступных SCM, таких как FA, GGBFS и SF, для удовлетворения быстрорастущих потребностей бетонной промышленности, что, очевидно, ложится бременем на экономику королевства. Как и многие другие побочные продукты промышленности (FA, GGBFS, SF ), VA в изобилии доступен по всему миру, особенно в районах с действующими вулканами [34,35,36,37,38].Его широкое использование в качестве строительного материала, особенно в цементе и бетоне, дало многообещающие результаты. Как и в других частях мира, огромные запасы природных пуццолановых материалов, широко известных как вулканический шлак или VA, также присутствуют в западном и северо-западном регионе Саудовской Аравии [39,40]. Многие исследователи исследовали потенциальное использование местного ВА в качестве частичного заменителя цемента в строительных растворах и бетонах [31,41]. Результаты прошлых исследований показали выдающийся потенциал замены широкодоступного коммерчески доступного пуццолана на местно доступный VA. Многообещающие результаты прошлых исследований являются индикатором для дальнейшего изучения доступных на местном уровне VA. Это неизбежно для удовлетворения будущих инфраструктурных потребностей КСА и достижения целей экологической устойчивости и экономии. Хотя сообщалось об многообещающих результатах замены цемента местным ВА (до 20%) с точки зрения достижения лучших механических и прочностных свойств как раствора, так и бетона в более позднем возрасте, для его более широкого применения в бетоне необходимо провести обширные исследования, чтобы оценить его производительность в условиях экстремальных нагрузок, таких как пожар.Таким образом, это исследование было направлено на оценку влияния старения и повышенных температур на механические свойства (прочность на сжатие, прочность на растяжение и модуль упругости) бинарного ГСП, содержащего 20% ВА и 20% ФК в качестве частичного заменителя цемента. Кроме того, было также изучено влияние старения и повышенных температур на механические свойства тройного ГСП, содержащего 20% ВА с 10% EAFS и 20% FA с 10% EAFS. Помимо механических свойств, также исследовалось влияние повышенных температур на потерю массы бетонных образцов и изменение их скорости ультразвукового импульса (УПВ).Представлено сравнение результатов ГСК, содержащих ВА (до и после воздействия повышенной температуры), с результатами контрольного бетона (БК) и эталонного ГСК на основе ФК. Для оценки ЭПР бетона, поврежденного огнем, была разработана эффективная корреляция между ЭПР и остаточным УПВ бетона, содержащего ВА и ДСП. Наконец, справедливость предложенного уравнения обсуждалась и сравнивалась с другими опубликованными работами.

Модуль упругости бетона — определение и значение в проектировании

🕑 Время чтения: 1 минута

Модуль упругости бетона (Ec) определяется как отношение приложенного напряжения к соответствующей деформации.Он демонстрирует не только способность бетона противостоять деформации из-за приложенного напряжения, но и его жесткость. Другими словами, он отражает способность бетона упруго прогибаться. Модуль упругости бетона чувствителен к пропорциям заполнителя и смеси бетона.

При проектировании бетонных конструкций очень важен модуль упругости, который необходимо определить. Линейный анализ элементов, основанный на теории упругости, используется в некоторых случаях для удовлетворения требований предельного состояния по несущей способности и пригодности к эксплуатации, например, при расчете предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Общие применимые нормы во всем мире, такие как Кодекс ACI, Европейский кодекс, Британские стандарты, Канадская ассоциация стандартов и Индийский стандарт, предоставили формулу для расчета модуля упругости бетона.

Расчет модуля упругости бетона

Расчет модуля упругости бетона с использованием уравнений различных кодов представлен ниже:

1. Модуль упругости на основе ACI 318-14

Согласно ACI 318-14, раздел 19.2.2, модуль упругости бетона оценивается следующим образом:

Для бетона удельный вес (wc) колеблется от 1440 до 2560 кг на кубический метр.

Для обычного бетона:

2. Модуль упругости на основе CSA

Модуль упругости для бетона с нормальным весом на основе Канадской ассоциации стандартов (CSA A23.3):

Для высокопрочного бетона:

3. Модуль упругости на основе EC

Модуль упругости бетона на основе кода Евро можно оценить с помощью следующего выражения:

Где,

Ecm: средний модуль упругости

fcm: средняя прочность бетона на сжатие через 28 дней в соответствии с таблицей 3.1 БС ЕН 1992-1-1:2004

4. Модуль упругости на основе британского стандарта

Значение модуля упругости при 28-дневном возрасте бетона указано в BS 8110: Часть II 1985:

Где:

ко: 20 кН за квадратный миллиметр для обычного бетона

fcu,28: прочность бетона на сжатие через 28 дней.

5. Модуль упругости по IS 456

Модуль упругости бетона по индийскому стандарту можно рассчитать с помощью следующего выражения:

Значение при проектировании бетонной конструкции

Очень важно определить модуль упругости бетона при проектировании бетонной конструкции. Линейный анализ элементов, основанный на теории упругости, используется для удовлетворения требований как предельного состояния, так и предельного состояния по эксплуатационной пригодности, например, в случае предварительно напряженного бетона, который демонстрирует сечение без трещин вплоть до разрушения.

В дополнение к расчету прогибов, которые должны быть ограничены в соответствии с требованиями эксплуатационной пригодности во всех конструкциях. Наконец, знание модуля упругости высокопрочного бетона очень важно для предотвращения чрезмерной деформации, обеспечения удовлетворительной эксплуатационной пригодности и отказа от наиболее экономичных конструкций.

Модуль упругости бетона

Модуль упругости бетона — это измерение жесткости бетона, которое является хорошим показателем прочности.

При более высоком значении модуля упругости бетон может выдерживать более высокие нагрузки и становиться хрупким. Как правило, бетон имеет модуль упругости в диапазоне от 30 до 50 ГПа.

В последние годы нормы проектирования определяют требуемый минимальный модуль упругости бетона.Цель состоит в том, чтобы ограничить чрезмерную деформацию и раскачивание в высоких зданиях.

Старин и штамм всегда связаны. Одно вызывает другое. Деформация также может возникать по другим причинам, помимо приложенного напряжения.

Например, деформации ползучести и усадки.

Величина деформации усадки и ползучести того же порядка, что и упругая деформация при нормальном диапазоне напряжений. Вот почему при расчете деформации бетонного элемента необходимо учитывать все виды деформации.

 

Выражение для модуля упругости бетона

Выражение для модуля упругости бетона, рекомендованное IS 456:2000, равно

.

E c = 5000 √f ck

, где f ck – характеристическая прочность бетона.

Является ли бетон эластичным материалом?

Эластичность – это свойство материала, благодаря которому материал восстанавливает свою первоначальную форму при снятии нагрузки.

Да. Бетон является в определенной степени эластичным материалом, т. е. при малых напряжениях.

Бетон представляет собой гетерогенный многофазный материал, поведение которого зависит от упругих свойств и морфологии составляющих его материалов. Таким образом, кривая напряжения-деформации не совсем соответствует закону Гука.

Компоненты бетона, т. е. цементная паста и заполнители, при индивидуальном воздействии нагрузки показывают почти линейную зависимость между напряжением и деформацией.

Зависимость напряжения от деформации для цементного теста, заполнителя и бетона

Цементная паста имеет более низкий модуль упругости, чем заполнитель.Конкретное поведение находится где-то посередине

 

Типы модуля упругости бетона

Статический модуль упругости

Статический модуль упругости бетона определяется как наклон кривой напряжения-деформации при одноосном растяжении или сжатии.

Когда мы испытываем образец бетона на растяжение или сжатие, наблюдается следующая зависимость между напряжением и деформацией.

Модуль упругости Юнга можно применять только к линейной части кривой напряжения-деформации.Когда кривая для бетона не является прямой ни в одной точке, модуль упругости определяется по касательной, проведенной к кривой в начале координат. Это называется начальным модулем касательной .

Но это дает удовлетворительный результат только при низком значении напряжения. Это не имеет практического значения, поскольку применимо только к очень малым изменениям нагрузки, при которых учитывается касательный модуль.

Деформация образца зависит от скорости нагружения. Поэтому трудно провести различие между упругой деформацией и деформацией ползучести.Для простоты понимания любую деформацию, возникающую при нагружении, называют упругой, а любое последующее увеличение деформации — ползучести.

Модуль упругости бетона, который включает обе деформации, называется Секущим модулем или модулем хорды. Это общий модуль упругости бетона. Он определяется наклоном линии, соединяющей заданную точку кривой с началом кривой.

Модуль секущей является статическим модулем, поскольку он определяется на испытательном образце.

Модуль секущей уменьшается с увеличением напряжения. Поэтому необходимо упомянуть напряжение, при котором определяется секущий модуль.

Динамический модуль бетона

Динамический модуль упругости бетона отражает прогрессивные изменения состояния образца бетона. Изменение можно наблюдать, определяя основную резонансную частоту образца на соответствующих этапах исследования.

.