Модулът на еластичност на бетона е фундаментално механично свойство, което помага да се характеризира твърдостта и деформацията на бетона при напрежение. Модулът на еластичност на бетона представлява способността на комбинацията от цимент и инертни материали да издържат на тежките натоварвания, на които са подложени по време на строителството. Разбирането на този жизненоважен бетонен параметър е от решаващо значение за инженерите и дизайнерите, за да предвидят и анализират точно бетонните конструкции и да гарантират тяхната безопасност и дълготрайност. Това е жизненоважен фактор за осигуряване на оптимизация на конструкцията и дизайна.
Какъв е модулът на еластичност на бетона?
Модулът на еластичност на бетона е мярка за способността на материала да издържа на напрежение. В действителност това е комбинация от двете основни съставки в бетона: циментова паста и инертни материали. Циментовата паста е свързващият материал на бетона, докато инертните материали осигуряват обем и стабилност. Циментовата паста показва по-нисък модул на еластичност от агрегатите, които издържат по-добре при натоварване. Различните смеси от бетон съдържат различни нива на тези съставки, така че различните видове бетон показват различен модул на еластичност.
Насоките за подходящ модул на еластичност на бетон от всички видове се определят чрез изпитване, емпирични данни и изследвания. Тези насоки за най-добро използване на типа бетон са дефинирани в кодове за проектиране, стандарти и спецификации, установени от признати организации във всяка страна и органи в областта на структурното инженерство.
Измерване на модула на еластичност на бетона
Инженери и изследователи тестват конкретни вещества, за да разберат тяхната реакция на стрес. Те извършват широк набор от изчисления и тестове за определяне на динамичните и статичните еластични реакции на бетона, като и двете са необходими за специфични строителни приложения.
Динамичният модул на еластичност тества способността на бетона да издържа на динамични или циклични условия на напрежение, с други думи, условия, които се променят с различни натоварвания или вибрации. Те също така измерват статичния модул на еластичност, когато бетонът е подложен на постоянно налягане. Някои от тези тестове включват следното:
Тест за статично натиск – Този тест включва прилагане на аксиално натоварване на натиск върху цилиндричен или кубичен бетонен образец. Кривите на напрежението и деформацията се генерират от генерираните измервания на натоварването и деформацията. Тест за ултразвукова импулсна скорост (UPV) – Този тест измерва скоростта на ултразвуковите импулси през бетона. Инженерите оценяват модула на еластичност въз основа на връзката между скоростта на импулса и плътността на бетона. Тест с резонансна честота – За този тест изследователите възбуждат бетонен образец с механични вибрации и след това измерват получените естествени вибрации. Инженерите определят модула на еластичност въз основа на вибрациите и масата и плътността на бетона. Динамичен тест за компресия – Този тест подлага конкретни образци на динамични или циклични деформации и измерва произтичащото напрежение и реакции на деформация. Методи за безразрушителен тест (NDT) – Това са набор от тестове, които инженерите извършват върху съществуващи структури, без да ги разрушават. Те включват ехо при удар, импулсна реакция и дисперсия на вълната на напрежение.
Диапазони на модула на еластичност за видовете бетон
Различните видове бетон имат различни диапазони на модул на еластичност. Ето приблизителните диапазони за често срещаните видове бетон. Експертите измерват модула на еластичност в гигапаскали (GPa) или килопаунд на квадратен инч (ksi).
Бетон с нормално тегло – Бетонът с нормално тегло е най-често срещаният тип бетон, който строителите използват. Той има типичен диапазон на модул на еластичност, вариращ от 28 GPa (4000 ksi) до 41 GPa (6000 ksi). Лек бетон – Лекият бетон има смес от леки добавъчни материали, които намаляват теглото и плътността на бетона. Той има по-нисък модул на еластичност от нормалния бетон, вариращ от 14 GPa (2000 ksi) до 28 GPa (4000 ksi). Бетон с висока якост – Бетонът с висока якост има по-високо ниво на якост на натиск и по-висок модул на еластичност, вариращ от 34 GPa (5000 ksi) до 48 GPa (7000 ksi). Бетон, подсилен с влакна – Бетонът, подсилен с влакна, включва влакна от стомана или стъкло, за да го подсили. Той има модул на еластичност, подобен на нормалния бетон, вариращ от 28 GPa (4000 ksi) до 41 GPa (6000 ksi). Предварително напрегнат бетон – Предварително напрегнатият бетон включва опънати стоманени пръти, които повишават неговата устойчивост на напрежение. Той има един от най-високите модули на еластичност, вариращи от 41 GPa (6000 ksi) до 55 GPa (8000 ksi).
Фактори, които влияят върху модула на еластичност на бетона
Модулът на еластичност може да варира в зависимост от няколко ключови фактора, включващи производството, обработката и възрастта на бетона.
Проектиране на бетонна смес
Съотношението на инертните материали, циментовата паста и водата допринася за модула на еластичност. Циментовата паста показва по-нисък модул на еластичност от агрегатите, които показват висок модул на еластичност. Комбинацията от тези съставки възлиза на модул на еластичност някъде между тези два елемента. Въпреки че инертните материали имат по-висок модул на еластичност и подобряват модула на еластичност на бетона като цяло, те могат също да въведат концентрации на напрежение, които ще намалят якостта на натиск. Следователно дизайнът на микса трябва да бъде тестван, за да се контролират всички тези фактори.
Възраст на бетона
Възрастта на бетона оказва комплексно влияние върху модула на неговата еластичност. В краткосрочен план модулът на еластичност на бетона се увеличава, докато втвърдява и набира сила. Това е така, защото процесът на хидратация на бетона все още протича и води до втвърдяване на бетона с течение на времето. Други химични реакции в циментовите материали също развиват якост и увеличават модула на еластичност.
И все пак дългосрочното стареене на бетона също може да причини пълзене и свиване. Това е деформацията на бетона, дължаща се на постоянен натиск във времето. Те водят до намаляване на модула на еластичност, тъй като предизвикват напрежение и намаляват твърдостта на бетона.
Условия на втвърдяване
Условията на втвърдяване или условията, при които бетонът изсъхва, могат да повлияят на общия модул на еластичност на материала. Подходящите условия на втвърдяване изискват подходящи нива на температура и влага. Те са жизненоважни за осигуряване на оптимален модул на еластичност на бетона.
Агрегирани свойства
Свойствата на инертните материали, които производителите използват в бетоновите смеси, оказват влияние върху съставния модул на еластичност на бетона. Някои от свойствата, които са най-значими в агрегатите, са размерът, формата, типът и твърдостта на материала. Като цяло, агрегатите с по-висока коравина увеличават стойностите на модула на еластичност.
Съотношение вода-цимент
Съотношението вода-цимент влияе върху процеса на хидратация и произтичащата от това порьозност и здравина на бетона. Като цяло, по-ниското съотношение вода-цимент води до по-висока якост на бетона и по-висок модул на еластичност.
Плътност на бетона
Плътността на бетона е масата за измерване на единица обем на бетона. Бетонната смес, включително вида на пълнителя и цимента, добавките, съдържанието на въздух и водното съотношение, влияят върху плътността на бетона. Като цяло видовете бетон с по-висока плътност имат по-висок диапазон на модул на еластичност.
Интерфейс агрегат-цимент
Връзката между цимента и инертните материали създава здравина на бетона, което спомага за увеличаване на модула на еластичност. Силната връзка между двете увеличава модула на еластичност, докато слабата връзка го намалява. Много свойства влияят на тази сила на свързване от вида на агрегатите, размера на агрегата и съдържанието на влага в сместа.
Ако харесвате нашата страница, моля споделете с приятелите си & Facebook
