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

• 1 Понятие модуля упругости бетона и единицы измерения
• 2 Факторы, влияющие на модуль упругости бетона
  • 2.1 Качество и объёмное содержание заполнителей
  • 2.2 Класс бетона
  • 2.3 Температура воздуха и влажность среды
  • 2.4 Время воздействия нагрузки и условия твердения смеси
  • 2.5 Возраст бетона и армирование конструкции
• 3 Модуль упругости бетона (Еб): способы определения значения
  • 3.1 Механическое испытание
    • 3.1.1 Материалы и инструменты
    • 3. 1.2 Схема испытания образцов
  • 3.2 Неразрушающий ультразвуковой способ

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.

Watch this video on YouTube

Модуль упругости бетона начальный В25б Т м2, В15, В7,5

Купить бетон / Статьи / О бетоне / Модуль упругости бетона – как определить

О бетоне О марках

2021-01-29 12:34:33

Оглавление

• Модуль упругости бетона
• От чего зависит модуль упругости бетона
• Методы определения модуля упругости

Модуль упругости бетона

При возведении масштабных бетонных конструкций, еще на этапе планирования необходимо определить возможность бетона противостоять постоянному воздействию высоких нагрузок. Это свойство можно узнать, изучив модель упругости, показывающий способность сохранять целостность застывшей бетонной массы под воздействием деформационных процессов. Данная величина варьируется в зависимости от состава бетона и может меняться под воздействием внешних факторов в процессе эксплуатации сооружения.

От чего зависит модуль упругости бетона

Величина этого показателя в первую очередь зависит от класса бетона – чем он выше, тем больше плотность и сжатие, благодаря которым материал лучше сопротивляется деформации при нагрузках. Модуль упругости бетона В25 находится в пределах 30 Мпа, а самый высокий показатель принадлежит бетону В60 и составляет 39,5 Мпа. Более подробно с этой величиной для каждого класса бетона можно ознакомиться в таблице:

Класс бетона	В10 (М150)	В15 (М200)	В20 (М250)	В25 (М350)	В30 (М400)	В35 (М450)	В40 (М550)	В45 (М600)
Начальный модуль упругости (МПа)	19	24	27,5	30	32,5	34,5	36	37
Расчетное осевое сопротивление сжатию (Мпа)	6	8,5	11,5	14,5	17,5	19,5	22,5	25
Расчетное осевое сопротивление растяжению (Мпа)	0,56	0,75	0,90	1,05	1,15	1,30	1,40	1,50

Помимо класса бетона, модуль его упругости зависит и от других факторов:

• Типа заполнителя – из-за неоднородности бетонной смеси в ней возникает сложное напряженное состояние и жесткие частицы воспринимают на себя большую часть нагрузки. Поэтому наибольший показатель модуля будет у бетона, в состав которого входит заполнитель с крупной фракцией.
• Влажности – чем больше содержится водяного пара в окружающей среде, тем становится ниже начальный модуль упругости бетона В20 и других классов этого строительного материала.
• Температуры и ультрафиолетового воздействия – при больших температурных колебаниях, превышающих 20℃ и высокой интенсивности солнечной радиации, происходит линейное расширение материала. Это приводит к уменьшению упругости материала и росту деформации.
• Армирование конструкции – каркасы из древесины, композитов, металлической арматуры, помещенные внутрь бетона, усиливают его упругость и прочность на растяжение и сжатие при изгибе.
• Возраста – наибольшая твердость и упругость характерна для состава, только через 200-250 дней после заливки бетона.

Методы определения модуля упругости

Для того чтобы понять, как определить модуль упругости, необходимо изучить особенности двух методов, которые используют для получения данного показателя и применяют как в условиях лаборатории, так и в естественной среде:

• Разрушающего контроля путем механического испытания материала. Для этого используют специальные образцы квадратного или круглого сечения, которые высверливают или выпиливают из готовой бетонной конструкции. Чтобы определить модуль упругости на образцы фиксируют индикаторы и помещают под пресс, постепенно увеличивая нагрузку. Испытания проводят ступенчато с интервалом в 5 минут, доводя усилия до 50% от максимально допустимого значения. На втором этапе механического метода определения данного показателя на образцы воздействуют уже с постоянной скоростью. Данная методика дает наиболее точные результаты с минимальной погрешностью, но требует локального разрушения строительной конструкции.
• Неразрушающего контроля с применением ультразвукового оборудования. Для этого в бетоне в условиях повышенной влажности, с помощью специального оборудования сравнивают скорость распространения волн в готовой бетонной конструкции и опытных образцах с различной степенью водонасышенности. Данный метод позволяет изучить модуль упругости сохраняя целостность сооружения, но имеет погрешность, которая в зависимости от окружающей среды может составлять 15-75%.

На основе полученных результатов и показателя действующего усилия рассчитывают абсолютную деформацию бетона.

Для этого используется следующая формула: ∆l= σ×l0/EA

Автор статьи

Виктор Филонцев

Образование:
НИУ МСГУ, Кафедра Технологии вяжущих веществ и бетонов, 2003.

Опыт работы:
12 лет в сфере производства бетона.

Текущая деятельность:
независимые консультации в сфере строительства.

Подробнее

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 напряжение 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.

 

1. Выражение для модуля упругости бетона

2. Является ли бетон эластичным материалом?

3. Типы модуля упругости бетона

3.1. Статический модуль упругости

3.2. Динамический модуль бетона

Экспрессия для модуля эластичности бетона

Выражение для модуля эластичности бетона, рекомендованная IS 456: 2000 IS

E _C = 5000 √f _CK

= 5000 √f _Ck

= 5000 √f _CK

. _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. цементное тесто и заполнители, при индивидуальном воздействии нагрузки показывают почти линейную зависимость между напряжением и деформацией.

Взаимосвязь напряжения и деформации для цементного теста, заполнителя и бетона

Цементный тест имеет более низкий модуль упругости, чем заполнитель. Поведение бетона находится где-то посередине обоих

 

Типов модуля упругости бетона

Статического модуля 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 начальный модуль 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.

Секущий модуль 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.

Что такое модуль упругости бетона? 9 важных моментов

Содержание

Что такое эластичность бетона?

Что такое модуль бетона?

Что такое модуль упругости бетона?

Деформации ползучести и усадки:

Как рассчитать модуль упругости бетона?

Какие факторы влияют на модуль упругости бетона?

 Влияние заполнителей

Влияние гидратированного цементного теста

 Влияние переходной зоны

Что такое динамический модуль упругости?

Усадка бетона:

Тепловое расширение бетона

Как модуль упругости бетона может помочь улучшить характеристики конструкции?

---

Что такое эластичность бетона?

При низких уровнях напряжения эластичность бетона остается практически постоянной, но по мере растрескивания матрицы она начинает снижаться. Бетон имеет плохой коэффициент теплового удлинения или расширения, что означает, что он уменьшается по мере старения. Из-за усадки и деформации все бетонные конструкции будут трескаться до определенного уровня.

Эта характеристика бетона известна как эластичность бетона.

Что такое модуль бетона?

Затвердевшее цементное тесто имеет модуль упругости от 10 до 30 ГПа, а заполнитель имеет модуль упругости от 45 до 85 ГПа. Модуль упругости бетона обычно составляет от 30 до 50 ГПа.

Что такое модуль упругости бетона?

Жесткость бетона измеряется его модулем упругости, который является отличным показателем прочности. Бетон с более высоким модулем упругости может выдерживать большее напряжение, прежде чем станет хрупким. «Модуль упругости бетона обычно колеблется от 30 до 50 ГПа. В последние годы правила проектирования предписывают бетону иметь минимальный модуль упругости.

Цель состоит в том, чтобы предотвратить чрезмерное искажение и колебание в высоких конструкциях. Старин и штамм неразрывно связаны. Одно ведет к другому. Деформация может быть вызвана различными источниками, помимо приложенного напряжения.

Деформация ползучести и усадки:

В типичных условиях напряжения усадка и деформация ползучести имеют ту же величину, что и упругая деформация. Вот почему при расчете деформации бетонного элемента необходимо учитывать все виды деформации.

Подробнее:

Зачем бетону армирование? 6 Важные моменты

Какова функция основания моста или опоры и их типы? 5 важных пунктов

Предварительно напряженный бетон, предварительное и последующее натяжение: 3 важных пункта

Как рассчитать модуль упругости бетона?

Отношение приложенного напряжения к соответствующей деформации известно как модуль упругости бетона (Ec). Он демонстрирует не только способность бетона выдерживать деформацию вследствие функционального напряжения, но и его жесткость. Проще говоря, он отражает способность бетона к упругому изгибу.

Модуль упругости бетона зависит от количества заполнителя и смеси.

Какие факторы влияют на модуль упругости бетона?

Поскольку бетон представляет собой многофазное твердое вещество, нет прямой зависимости между плотностью и модулем, как в однофазных материалах, таких как металлы. Пористость, плотность, составляющие модули упругости, состав смеси и свойства переходной зоны — все это влияет на модуль. Эластичность бетона определяется этими характеристиками.

 Влияние заполнителей

Бетон с плотным заполнителем имеет высокое значение E. Более высокое количество крупного заполнителя также приводит к высокому значению Е. Обратите внимание, что значительное значение E для заполнителя приведет к упругой неконгруэнтности в области перехода между заполнителем/раствором и их трещинами.

Эффект гидратированного цементного теста

Проницаемость цементного теста определяет его модуль упругости. Проницаемость цементного теста регулируется водоцементным отношением (В/Ц), дозировкой добавок, содержанием воздуха и степенью гидратации цемента. Модуль упругости бетона можно обозначить как Ec = Eag + Ep(1-g)

 Влияние переходной зоны

Поведение напряжений и деформаций напрямую зависит от пустот и микротрещин. Переходная область слабая из-за трещин в этой области, ориентации кристаллов C-H и наличия пустот. В результате модуль упругости уменьшается по мере увеличения нагрузки.

Что такое динамический модуль упругости?

Многие ученые исследовали динамический модуль, который является одной из наиболее важных структурных характеристик при проектировании дорог. Динамический модуль холодной и переработанной смеси (при различных температурах и частотах) определяет ее вязкоупругость. Холодная и переработанная асфальтобетонная смесь (CRME) обычно имеет меньшую зависимость от температуры и частоты, чем HMA.

Но их все же следует отнести к категории термовязкоупругих материалов. CRME, как и стандартный HMA, может следовать принципу время-температура, однако вязкоупругость CRME слабее, чем у HMA. Динамический модуль CRME.

Подробнее:

Как стать инженером-конструктором? 8 важных моментов

Что такое неразрушающий контроль? 10 важных моментов

Какова цель проектирования наголовников? 13 Важные моменты

Что такое мониторинг состояния конструкций? 9Важные моменты

Усадка бетона:

Усадка — это тип деформации сжатия, которая возникает с течением времени. Общая усадка бетона определяется составом бетона, размером элемента и условиями окружающей среды. Однако при заданной влажности и температуре наибольшее влияние на общую усадку оказывает количество воды, присутствующей в бетоне в момент затворения.

Содержание цемента, с другой стороны, оказывает меньшее влияние на общую усадку бетона. Ползучесть — это тип деформации бетона, зависящей от времени, при которой материал продолжает деформироваться с течением времени, обычно под действием сжимающей силы. При снятии стрессоров деформация ползучести частично восстанавливается.

Упругое восстановление происходит мгновенно, однако восстановление ползучести происходит постепенно. Для расчета полного прогиба конструкции долгосрочный прогиб будет добавлен к кратковременному прогибу. Для учета эффекта ползучести потребуется долгосрочный модуль Ece или эффективный модуль бетона.

Тепловое расширение бетона

Поскольку бетон изготавливается и используется при самых разных температурах в странах с очень жарким или холодным климатом, понимание его теплового расширения имеет решающее значение. Кроме того, во время пожара бетон будет оказывать значительное температурное воздействие. Коэффициент теплового расширения определяется видом заполнителя, цементом, концентрацией цемента, относительной влажностью и размером сечения.

Как модуль упругости бетона может помочь улучшить характеристики конструкции?

Модуль упругости (MOE) является мерой жесткости материала или сопротивления деформации под нагрузкой. В случае бетона более высокий MOE указывает на более прочный и жесткий материал. Понимая и используя MOE бетона, инженеры и проектировщики могут улучшить характеристики конструкций несколькими способами:

1. Повышение несущей способности: MOE бетона напрямую связана с его способностью выдерживать сжимающие и растягивающие напряжения. Используя бетон с более высоким MOE, проектировщики могут увеличить несущую способность конструкции и обеспечить ее способность выдерживать более высокие нагрузки.

2. Уменьшение прогиба: Прогиб — это изгиб или провисание конструкции под нагрузкой. Используя бетон с более высоким MOE, проектировщики могут уменьшить прогиб конструкции и повысить ее общую устойчивость и долговечность.

3. Повышение долговечности: бетонные конструкции подвергаются воздействию различных факторов окружающей среды, таких как перепады температуры, влажность и химическое воздействие. Используя бетон с более высоким MOE, инженеры могут создавать конструкции, более устойчивые к этим факторам, что повышает их долговечность и долговечность.

4. Улучшение эстетики: Бетон с более высоким MOE легче формовать и формировать, что позволяет создавать более сложные и визуально привлекательные конструкции.

В целом, понимая и используя MOE бетона, инженеры и проектировщики могут создавать более эффективные и долговечные конструкции, способные выдерживать различные нагрузки и факторы окружающей среды.

 

Я надеюсь, что блог даст вам хорошее представление о модуле упругости бетона и связанных с ним характеристиках.