Modul elastičnosti betona je osnovno mehaničko svojstvo koje pomaže u karakterizaciji krutosti i deformacije betona pod naprezanjem. Modul elastičnosti betona predstavlja sposobnost kombinacije cementa i agregata da izdrže teška opterećenja kojima su izloženi tokom izgradnje. Razumijevanje ovog vitalnog parametra betona je ključno za inženjere i dizajnere da precizno predvide i analiziraju betonske konstrukcije i osiguraju njihovu sigurnost i dugovječnost. Ovo je vitalni faktor u osiguravanju optimizacije konstrukcije i dizajna.
Šta je betonski modul elastičnosti?
Modul elastičnosti betona je mjera sposobnosti materijala da izdrži naprezanje. U stvarnosti, ovo je kombinacija dva glavna sastojka u betonu: cementne paste i agregata. Cementna pasta je vezivni materijal betona, dok agregati obezbeđuju zapreminu i stabilnost. Cementna pasta pokazuje niži modul elastičnosti od agregata, koji bolje podnose naprezanje. Različite mješavine betona sadrže različite razine ovih sastojaka, tako da različite vrste betona pokazuju različit modul elastičnosti.
Ispitivanjem, empirijskim podacima i istraživanjem utvrđuju se smjernice za odgovarajući modul elastičnosti betona svih vrsta. Ove smjernice za najbolju upotrebu tipa betona definirane su u projektnim kodovima, standardima i specifikacijama koje su utvrdile priznate organizacije u svakoj zemlji i tijela u oblasti građevinskog inženjeringa.
Mjerenje modula elastičnosti betona
Inženjeri i istraživači testiraju betonske supstance kako bi razumjeli njihov odgovor na stres. Oni izvode širok raspon proračuna i testova kako bi odredili dinamičke i statičke elastične reakcije betona, a oba su potrebna za specifične građevinske primjene.
Dinamički modul elastičnosti ispituje sposobnost betona da izdrži dinamičke ili ciklične uvjete naprezanja, drugim riječima, uvjete koji se mijenjaju s promjenjivim opterećenjima ili vibracijama. Oni također mjere statički modul elastičnosti, gdje je beton podložan konstantnom pritisku. Neki od ovih testova uključuju sljedeće:
Ispitivanje statičke kompresije – Ovaj test uključuje primjenu aksijalnog tlačnog opterećenja na cilindrični ili kubični betonski uzorak. Krive naprezanja i deformacije generiraju se iz generiranih mjerenja opterećenja i deformacije. Ultrazvučni test brzine pulsa (UPV) – Ovaj test mjeri brzinu ultrazvučnih impulsa kroz beton. Inženjeri procjenjuju modul elastičnosti na osnovu odnosa između pulsne brzine i gustine betona. Test rezonantne frekvencije – Za ovaj test istraživači pobuđuju betonski uzorak mehaničkim vibracijama, a zatim mjere nastale prirodne vibracije. Inženjeri određuju modul elastičnosti na osnovu vibracija i mase i gustine betona. Dinamički test kompresije – Ovaj test podvrgava betonske uzorke dinamičkim ili cikličnim naprezanjima i mjeri rezultirajuće naprezanje i reakcije na deformacije. Metode ispitivanja bez razaranja (NDT) – Ovo je niz testova koje inženjeri izvode na postojećim strukturama bez njihovog uništavanja. To uključuje eho udara, impulsni odziv i disperziju talasa stresa.
Opseg modula elastičnosti za vrste betona
Različiti tipovi betona imaju različite raspone modula elastičnosti. Ovdje su približni rasponi za uobičajene vrste betona. Stručnjaci mjere modul elastičnosti u gigapaskalima (GPa) ili kilopundu po kvadratnom inču (ksi).
Beton normalne težine – Beton normalne težine je najčešći tip betona koji koriste građevinari. Ima tipičan raspon modula elastičnosti u rasponu od 28 GPa (4.000 ksi) do 41 GPa (6.000 ksi). Lagani beton – Lagani beton ima mješavinu lakih agregata koji smanjuju težinu i gustinu betona. Ima niži modul elastičnosti od normalnog betona, u rasponu od 14 GPa (2.000 ksi) do 28 GPa (4.000 ksi). Beton visoke čvrstoće – Beton visoke čvrstoće ima viši nivo tlačne čvrstoće i veći modul elastičnosti u rasponu od 34 GPa (5.000 ksi) do 48 GPa (7.000 ksi). Beton ojačan vlaknima – Beton ojačan vlaknima uključuje vlakna čelika ili stakla kako bi se ojačao. Ima modul elastičnosti sličan normalnom betonu u rasponu od 28 GPa (4.000 ksi) do 41 GPa (6.000 ksi). Prednapregnuti beton – Prednapregnuti beton uključuje zategnute čelične šipke koje jačaju njegovu otpornost na naprezanje. Ima jedan od najvećih modula elastičnosti u rasponu od 41 GPa (6.000 ksi) do 55 GPa (8.000 ksi).
Faktori koji utječu na modul elastičnosti betona
Modul elastičnosti može varirati ovisno o nekoliko ključnih faktora koji uključuju proizvodnju, obradu i starost betona.
Dizajn betonske mješavine
Udio agregata, cementne paste i vode doprinosi modulu elastičnosti. Cementna pasta pokazuje niži modul elastičnosti od agregata, koji pokazuju visoki modul elastičnosti. Kombinacija ovih sastojaka predstavlja modul elastičnosti negdje između ova dva elementa. Iako agregati imaju veći modul elastičnosti i poboljšavaju modul elastičnosti betona u cjelini, oni također mogu uvesti koncentraciju naprezanja koja će smanjiti tlačnu čvrstoću. Stoga, dizajn mješavine treba testirati kako bi se kontrolirali svi ovi faktori.
Starost betona
Starost betona ima kompleksan uticaj na modul njegove elastičnosti. Kratkoročno, modul elastičnosti betona se povećava kako očvršćava i dobija na čvrstoći. To je zato što se proces hidratacije betona još uvijek odvija i rezultira stvrdnjavanjem betona tokom vremena. Druge kemijske reakcije u cementnim materijalima također razvijaju snagu i povećavaju modul elastičnosti.
Ipak, dugotrajno starenje betona također može uzrokovati puzanje i skupljanje. Ovo je deformacija betona zbog stalnih pritisaka tokom vremena. Oni rezultiraju smanjenjem modula elastičnosti jer izazivaju naprezanje i smanjuju krutost betona.
Uslovi očvršćavanja
Uslovi očvršćavanja, ili uslovi pod kojima se beton suši, mogu uticati na ukupni modul elastičnosti materijala. Odgovarajući uslovi očvršćavanja zahtevaju odgovarajuću temperaturu i nivoe vlage. Oni su od vitalnog značaja za osiguravanje optimalnog modula elastičnosti betona.
Agregatna svojstva
Svojstva agregata koje proizvođači koriste u betonskim mješavinama utječu na kompozitni modul elastičnosti betona. Neka od svojstava koja su najznačajnija kod agregata su veličina, oblik, vrsta i krutost materijala. Općenito, agregati veće krutosti povećavaju modul vrijednosti elastičnosti.
Omjer vode i cementa
Omjer vode i cementa utječe na proces hidratacije i rezultirajuću poroznost i čvrstoću betona. Općenito, manji omjer vode i cementa dovodi do veće čvrstoće betona i većeg modula elastičnosti.
Gustoća betona
Gustoća betona je mjerna masa po jedinici zapremine betona. Betonska mješavina, uključujući tip agregata i cementa, dodatke, sadržaj zraka i omjer vode, sve utiče na gustinu betona. Općenito, tipovi betona veće gustoće imaju veći raspon modula elastičnosti.
Interfejs agregat-cement
Veza između cementa i agregata stvara čvrstoću u betonu što pomaže u povećanju modula elastičnosti. Jaka veza između njih povećava modul elastičnosti dok ga slaba smanjuje. Mnoga svojstva utiču na ovu čvrstoću vezivanja od vrste agregata, veličine agregata i sadržaja vlage u mešavini.
Ako vam se sviđa naša stranica, podijelite je sa svojim prijateljima & Facebook
