Ο συντελεστής ελαστικότητας του σκυροδέματος είναι μια θεμελιώδης μηχανική ιδιότητα που βοηθά στον χαρακτηρισμό της ακαμψίας και της παραμόρφωσης του σκυροδέματος υπό τάση. Ο συντελεστής ελαστικότητας του σκυροδέματος αντιπροσωπεύει την ικανότητα του συνδυασμού του τσιμέντου και των αδρανών να αντέχουν τα μεγάλα φορτία στα οποία υποβάλλονται κατά την κατασκευή. Η κατανόηση αυτής της ζωτικής σημασίας παραμέτρου σκυροδέματος είναι ζωτικής σημασίας για τους μηχανικούς και τους σχεδιαστές να προβλέπουν και να αναλύουν με ακρίβεια τις κατασκευές από σκυρόδεμα και να διασφαλίζουν την ασφάλεια και τη μακροζωία τους. Αυτός είναι ένας ζωτικός παράγοντας για τη διασφάλιση της βελτιστοποίησης της κατασκευής και του σχεδιασμού.
Τι είναι το μέτρο ελαστικότητας του σκυροδέματος;
Το μέτρο ελαστικότητας του σκυροδέματος είναι ένα μέτρο της ικανότητας του υλικού να αντέχει την καταπόνηση. Στην πραγματικότητα, αυτό είναι ένας συνδυασμός μέτρησης των δύο βασικών συστατικών του σκυροδέματος: τσιμεντοπολτού και αδρανή. Ο τσιμεντόπολτος είναι το συνδετικό υλικό του σκυροδέματος, ενώ τα αδρανή παρέχουν όγκο και σταθερότητα. Η πάστα τσιμέντου παρουσιάζει χαμηλότερο συντελεστή ελαστικότητας από τα αδρανή, τα οποία στέκονται καλύτερα κάτω από καταπόνηση. Διαφορετικά μείγματα σκυροδέματος περιέχουν διαφορετικά επίπεδα αυτών των συστατικών, επομένως διαφορετικοί τύποι σκυροδέματος παρουσιάζουν ποικίλο μέτρο ελαστικότητας.
Οι οδηγίες για το κατάλληλο μέτρο ελαστικότητας σκυροδέματος όλων των τύπων καθορίζονται μέσω δοκιμών, εμπειρικών δεδομένων και έρευνας. Αυτές οι οδηγίες για τη βέλτιστη χρήση τύπου σκυροδέματος ορίζονται σε κώδικες σχεδιασμού, πρότυπα και προδιαγραφές που καθορίζονται από αναγνωρισμένους οργανισμούς σε κάθε χώρα και φορείς στον τομέα της δομικής μηχανικής.
Μέτρηση του συντελεστή ελαστικότητας του σκυροδέματος
Μηχανικοί και ερευνητές δοκιμάζουν συγκεκριμένες ουσίες για να κατανοήσουν την απόκρισή τους στο στρες. Εκτελούν ένα ευρύ φάσμα υπολογισμών και δοκιμών για τον προσδιορισμό των δυναμικών και στατικών ελαστικών αποκρίσεων του σκυροδέματος, που απαιτούνται και οι δύο για συγκεκριμένες κτιριακές εφαρμογές.
Ένας δυναμικός συντελεστής ελαστικότητας ελέγχει την ικανότητα του σκυροδέματος να αντέχει σε δυναμικές ή κυκλικές συνθήκες καταπόνησης, με άλλα λόγια, συνθήκες που αλλάζουν με ποικίλα φορτία ή δονήσεις. Μετρούν επίσης το στατικό μέτρο ελαστικότητας, όπου το σκυρόδεμα υπόκειται σε σταθερή πίεση. Μερικές από αυτές τις δοκιμές περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
Δοκιμή στατικής συμπίεσης – Αυτή η δοκιμή περιλαμβάνει την εφαρμογή ενός αξονικού θλιπτικού φορτίου σε ένα κυλινδρικό ή κυβικό δείγμα σκυροδέματος. Οι καμπύλες τάσεων και παραμόρφωσης δημιουργούνται από τις μετρήσεις φορτίου και παραμόρφωσης που δημιουργούνται. Δοκιμή ταχύτητας υπερήχων (UPV) – Αυτή η δοκιμή μετρά την ταχύτητα των παλμών υπερήχων μέσω του σκυροδέματος. Οι μηχανικοί εκτιμούν το μέτρο ελαστικότητας με βάση τη σχέση μεταξύ της ταχύτητας του παλμού και της πυκνότητας του σκυροδέματος. Δοκιμή συχνότητας συντονισμού – Για αυτήν τη δοκιμή, οι ερευνητές διεγείρουν ένα δείγμα σκυροδέματος με μηχανικούς κραδασμούς και στη συνέχεια μετρούν τις προκύπτουσες φυσικές δονήσεις. Οι μηχανικοί καθορίζουν το μέτρο ελαστικότητας με βάση τους κραδασμούς και τη μάζα και την πυκνότητα του σκυροδέματος. Δοκιμή Δυναμικής Συμπίεσης – Αυτή η δοκιμή υποβάλλει τα δείγματα σκυροδέματος σε δυναμικές ή κυκλικές παραμορφώσεις και μετρά τις προκύπτουσες αποκρίσεις τάσης και παραμόρφωσης. Μέθοδοι μη καταστροφικών δοκιμών (NDT) – Πρόκειται για μια σειρά δοκιμών που εκτελούν οι μηχανικοί σε υπάρχουσες κατασκευές χωρίς να τις καταστρέψουν. Αυτά περιλαμβάνουν ηχώ κρούσης, απόκριση παλμών και διασπορά κυμάτων στρες.
Εύρος Μέτρου Ελαστικότητας για Τύπους Σκυροδέματος
Διαφορετικοί τύποι σκυροδέματος έχουν διαφορετικό εύρος συντελεστή ελαστικότητας. Ακολουθούν κατά προσέγγιση εύρος τιμών για κοινούς τύπους σκυροδέματος. Οι ειδικοί μετρούν το μέτρο ελαστικότητας σε Gigapascals (GPa) ή kilopound ανά τετραγωνική ίντσα (ksi).
Σκυρόδεμα κανονικού βάρους – Το σκυρόδεμα κανονικού βάρους είναι ο πιο κοινός τύπος σκυροδέματος που χρησιμοποιούν οι κατασκευαστές. Έχει ένα τυπικό εύρος συντελεστή ελαστικότητας που κυμαίνεται από 28 GPa (4.000 ksi) έως 41 GPa (6.000 ksi). Ελαφρύ σκυρόδεμα – Το ελαφρύ σκυρόδεμα έχει ένα μείγμα ελαφρών αδρανών που μειώνουν το βάρος και την πυκνότητα του σκυροδέματος. Έχει χαμηλότερο συντελεστή ελαστικότητας από το κανονικό σκυρόδεμα, που κυμαίνεται από 14 GPa (2.000 ksi) έως 28 GPa (4.000 ksi). Σκυρόδεμα υψηλής αντοχής – Το σκυρόδεμα υψηλής αντοχής έχει υψηλότερο επίπεδο θλιπτικής αντοχής και υψηλότερο μέτρο ελαστικότητας που κυμαίνεται από 34 GPa (5.000 ksi) έως 48 GPa (7.000 ksi). Σκυρόδεμα οπλισμένο με ίνες – Το ινοπλισμένο σκυρόδεμα ενσωματώνει ίνες από χάλυβα ή γυαλί για να το ενισχύσει. Έχει συντελεστή ελαστικότητας παρόμοιο με το κανονικό σκυρόδεμα που κυμαίνεται από 28 GPa (4.000 ksi) έως 41 GPa (6.000 ksi). Προεντεταμένο σκυρόδεμα – Το προεντεταμένο σκυρόδεμα ενσωματώνει τεντωμένες χαλύβδινες ράβδους που ενισχύουν την αντοχή του στην καταπόνηση. Έχει έναν από τους υψηλότερους συντελεστές ελαστικότητας που κυμαίνεται από 41 GPa (6.000 ksi) έως 55 GPa (8.000 ksi).
Παράγοντες που επηρεάζουν το μέτρο ελαστικότητας του σκυροδέματος
Ο συντελεστής ελαστικότητας μπορεί να ποικίλλει με βάση αρκετούς βασικούς παράγοντες που αφορούν την παραγωγή, την επεξεργασία και την ηλικία του σκυροδέματος.
Σχεδιασμός Μείγματος Σκυροδέματος
Η αναλογία αδρανών, τσιμεντοπολτού και νερού συμβάλλει στο μέτρο ελαστικότητας. Η πάστα τσιμέντου παρουσιάζει χαμηλότερο μέτρο ελαστικότητας από τα αδρανή, τα οποία παρουσιάζουν υψηλό μέτρο ελαστικότητας. Ο συνδυασμός αυτών των συστατικών αντιστοιχεί σε ένα μέτρο ελαστικότητας κάπου μεταξύ αυτών των δύο στοιχείων. Παρόλο που τα αδρανή έχουν υψηλότερο μέτρο ελαστικότητας και βελτιώνουν το μέτρο ελαστικότητας του σκυροδέματος στο σύνολό του, μπορούν επίσης να εισάγουν συγκεντρώσεις τάσης που θα μειώσουν τη θλιπτική αντοχή. Επομένως, ο σχεδιασμός του μείγματος θα πρέπει να ελεγχθεί για τον έλεγχο όλων αυτών των παραγόντων.
Age of Concrete
Η ηλικία του σκυροδέματος έχει πολύπλοκη επίδραση στο μέτρο ελαστικότητάς του. Βραχυπρόθεσμα, ο συντελεστής ελαστικότητας του σκυροδέματος αυξάνεται καθώς σκληραίνει και αποκτά αντοχή. Αυτό συμβαίνει επειδή η διαδικασία ενυδάτωσης του σκυροδέματος εξακολουθεί να συμβαίνει και έχει ως αποτέλεσμα τη σκλήρυνση του σκυροδέματος με την πάροδο του χρόνου. Άλλες χημικές αντιδράσεις σε τσιμεντοειδή υλικά αναπτύσσουν επίσης αντοχή και αυξάνουν το μέτρο ελαστικότητας.
Ωστόσο, η μακροχρόνια γήρανση του σκυροδέματος μπορεί επίσης να προκαλέσει ερπυσμό και συρρίκνωση. Πρόκειται για την παραμόρφωση του σκυροδέματος λόγω συνεχών πιέσεων με την πάροδο του χρόνου. Αυτά έχουν ως αποτέλεσμα τη μείωση του συντελεστή ελαστικότητας καθώς προκαλούν καταπόνηση και μειώνουν την ακαμψία του σκυροδέματος.
Συνθήκες ωρίμανσης
Οι συνθήκες σκλήρυνσης ή οι συνθήκες κάτω από τις οποίες στεγνώνει το σκυρόδεμα, μπορούν να επηρεάσουν το συνολικό μέτρο ελαστικότητας του υλικού. Οι κατάλληλες συνθήκες σκλήρυνσης απαιτούν κατάλληλα επίπεδα θερμοκρασίας και υγρασίας. Αυτά είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση του βέλτιστου συντελεστή ελαστικότητας για το σκυρόδεμα.
Συγκεντρωτικές Ιδιότητες
Οι ιδιότητες των αδρανών που χρησιμοποιούν οι κατασκευαστές σε μείγματα σκυροδέματος επηρεάζουν το σύνθετο μέτρο ελαστικότητας του σκυροδέματος. Μερικές από τις ιδιότητες που είναι πιο σημαντικές στα αδρανή είναι το μέγεθος, το σχήμα, ο τύπος και η ακαμψία του υλικού. Γενικά, τα αδρανή με μεγαλύτερη ακαμψία αυξάνουν το μέτρο ελαστικότητας.
Αναλογία νερού προς τσιμέντο
Η αναλογία νερού προς τσιμέντο επηρεάζει τη διαδικασία ενυδάτωσης και το πορώδες και την αντοχή του σκυροδέματος που προκύπτει. Γενικά, μια χαμηλότερη αναλογία νερού προς τσιμέντο οδηγεί σε υψηλότερη αντοχή του σκυροδέματος και υψηλότερο μέτρο ελαστικότητας.
Πυκνότητα σκυροδέματος
Η πυκνότητα του σκυροδέματος είναι η μάζα ανά μονάδα όγκου μέτρησης του σκυροδέματος. Το μείγμα σκυροδέματος, συμπεριλαμβανομένου του τύπου αδρανών και τσιμέντου, των προσμείξεων, της περιεκτικότητας σε αέρα και της αναλογίας νερού, επηρεάζουν την πυκνότητα του σκυροδέματος. Γενικά, οι τύποι σκυροδέματος με μεγαλύτερες πυκνότητες έχουν υψηλότερο εύρος συντελεστή ελαστικότητας.
Διεπαφή Αδρανή-Τσιμέντου
Ο δεσμός μεταξύ τσιμέντου και αδρανών δημιουργεί αντοχή στο σκυρόδεμα που βοηθά στην αύξηση του συντελεστή ελαστικότητας. Ένας ισχυρός δεσμός μεταξύ των δύο αυξάνει το μέτρο ελαστικότητας ενώ ένας αδύναμος δεσμός τον μειώνει. Πολλές ιδιότητες επηρεάζουν αυτή την αντοχή του δεσμού από τον τύπο των αδρανών, το μέγεθος των αδρανών και την περιεκτικότητα σε υγρασία του μείγματος.
Αν σας αρέσει η σελίδα μας παρακαλούμε μοιραστείτε με τους φίλους σας & Facebook
