Betooni elastsusmoodul on põhiline mehaaniline omadus, mis aitab iseloomustada betooni jäikust ja deformatsiooni pinge all. Betooni elastsusmoodul näitab tsemendi ja täitematerjalide kombinatsiooni võimet taluda suuri koormusi, mis neile ehitamise ajal alluvad. Selle olulise betooniparameetri mõistmine on inseneride ja disainerite jaoks ülioluline betoonkonstruktsioonide täpseks prognoosimiseks ja analüüsimiseks ning nende ohutuse ja pikaealisuse tagamiseks. See on ehituse ja projekteerimise optimeerimise tagamisel ülioluline tegur.
Mis on betooni elastsusmoodul?
Betooni elastsusmoodul on materjali pingetaluvuse mõõt. Tegelikkuses on see betooni kahe peamise koostisosa: tsemendipasta ja täitematerjalide kombinatsioon. Tsemendipasta on betooni siduv materjal, samas kui täitematerjalid tagavad mahu ja stabiilsuse. Tsemendipastal on madalam elastsusmoodul kui täitematerjalidel, mis peavad pinge all paremini vastu. Erinevad betoonisegud sisaldavad neid koostisosi erineval tasemel, nii et erinevatel betoonitüüpidel on erinev elastsusmoodul.
Igat tüüpi betooni sobiva elastsusmooduli juhised määratakse kindlaks katsete, empiiriliste andmete ja uuringute abil. Need juhised betoonitüüpide parimaks kasutamiseks on määratletud projekteerimiskoodides, standardites ja spetsifikatsioonides, mille on kehtestanud iga riigi tunnustatud organisatsioonid ja ehitusinseneri valdkonna asutused.
Betooni elastsusmooduli mõõtmine
Insenerid ja teadlased katsetavad konkreetseid aineid, et mõista nende stressireaktsiooni. Nad teevad laia valikut arvutusi ja katseid, et määrata betooni dünaamilisi ja staatilisi elastseid reaktsioone, mis mõlemad on vajalikud konkreetsete ehitusrakenduste jaoks.
Dünaamiline elastsusmoodul testib betooni võimet taluda dünaamilisi või tsüklilisi pingetingimusi, teisisõnu tingimusi, mis muutuvad muutuva koormuse või vibratsiooniga. Samuti mõõdavad nad staatilist elastsusmoodulit, kus betoonile avaldatakse pidevat survet. Mõned neist testidest hõlmavad järgmist:
Staatilise kokkusurumise test – see katse hõlmab silindrilise või kuubikujulise betooniproovi aksiaalset survekoormust. Koormus- ja deformatsioonimõõtmiste põhjal genereeritakse pinge- ja deformatsioonikõverad. Ultraheli impulsi kiiruse (UPV) test – see test mõõdab ultraheli impulsside kiirust läbi betooni. Insenerid hindavad elastsusmoodulit impulsi kiiruse ja betooni tiheduse vahelise seose põhjal. Resonantssageduse test – selle testi jaoks ergastavad teadlased betoonist proovi mehaaniliste vibratsioonidega ja seejärel mõõdavad sellest tulenevat loomulikku vibratsiooni. Insenerid määravad elastsusmooduli vibratsiooni ning betooni massi ja tiheduse põhjal. Dünaamilise kokkusurumise test – see test allutab betooniproovidele dünaamilised või tsüklilised pinged ning mõõdab sellest tulenevaid pinge- ja deformatsioonireaktsioone. Mittepurustavate katsete (NDT) meetodid – need on rida teste, mida insenerid viivad läbi olemasolevate konstruktsioonidega ilma neid hävitamata. Nende hulka kuuluvad löögikaja, impulssreaktsioon ja stressilaine hajumine.
Betoonitüüpide elastsusmooduli vahemikud
Erinevat tüüpi betoonil on erinevad elastsusmooduli vahemikud. Siin on levinud betoonitüüpide ligikaudsed vahemikud. Eksperdid mõõdavad elastsusmoodulit gigapaskalites (GPa) või kilonandis ruuttolli kohta (ksi).
Normaalkaaluline betoon – Normaalkaaluline betoon on kõige levinum betoonitüüp, mida ehitajad kasutavad. Selle tüüpiline elastsusmoodul on vahemikus 28 GPa (4000 ksi) kuni 41 GPa (6000 ksi). Kergbetoon – Kergbetoonis on segu kergetest täitematerjalidest, mis vähendavad betooni kaalu ja tihedust. Sellel on tavalisest betoonist madalam elastsusmoodul, mis jääb vahemikku 14 GPa (2000 ksi) kuni 28 GPa (4000 ksi). Kõrgtugev betoon – kõrgtugeval betoonil on kõrgem survetugevus ja suurem elastsusmoodul vahemikus 34 GPa (5000 ksi) kuni 48 GPa (7000 ksi). Fiber-armeeritud betoon – kiudbetoon sisaldab terase- või klaasikiude, mis aitavad seda tugevdada. Selle elastsusmoodul on sarnane tavalise betooniga, mis jääb vahemikku 28 GPa (4000 ksi) kuni 41 GPa (6000 ksi). Eelpingestatud betoon – eelpingestatud betoon sisaldab pingutatud terasvardaid, mis tugevdavad selle pingetaluvust. Sellel on üks suurimaid elastsusmooduleid vahemikus 41 GPa (6000 ksi) kuni 55 GPa (8000 ksi).
Betooni elastsusmoodulit mõjutavad tegurid
Elastsusmoodul võib varieeruda sõltuvalt mitmest võtmetegurist, mis hõlmavad betooni tootmist, töötlemist ja vanust.
Betoonisegude disain
Täitematerjalide, tsemendipasta ja vee osakaal aitab kaasa elastsusmoodulile. Tsemendipastal on madalam elastsusmoodul kui täitematerjalidel, millel on kõrge elastsusmoodul. Nende koostisosade kombinatsioon moodustab elastsusmooduli kuskil nende kahe elemendi vahel. Kuigi täitematerjalidel on suurem elastsusmoodul ja need parandavad betooni kui terviku elastsusmoodulit, võivad need tekitada ka pingekontsentratsioone, mis vähendavad survetugevust. Seetõttu tuleks segu konstruktsiooni testida, et kontrollida kõiki neid tegureid.
Betooni vanus
Betooni vanus mõjutab selle elastsusmoodulit kompleksselt. Lühiajaliselt suureneb betooni elastsusmoodul, kui see kõveneb ja tugevneb. Selle põhjuseks on asjaolu, et betooni hüdratatsiooniprotsess jätkub ja selle tulemuseks on aja jooksul betooni kõvenemine. Ka teised keemilised reaktsioonid tsemendimaterjalides arendavad tugevust ja suurendavad elastsusmoodulit.
Kuid ka betooni pikaajaline vananemine võib põhjustada roomamist ja kokkutõmbumist. See on betooni deformatsioon pideva surve tõttu aja jooksul. Nende tulemuseks on elastsusmooduli vähenemine, kuna need kutsuvad esile pinget ja vähendavad betooni jäikust.
Kõvenemise tingimused
Kõvenemistingimused või tingimused, milles betoon kuivab, võivad mõjutada materjali üldist elastsusmoodulit. Õiged kõvenemistingimused nõuavad sobivat temperatuuri ja niiskust. Need on olulised betooni optimaalse elastsusmooduli tagamiseks.
Koondomadused
Tootjate betoonisegudes kasutatavate täitematerjalide omadused mõjutavad betooni liitelastsusmoodulit. Mõned täitematerjalide kõige olulisemad omadused on materjali suurus, kuju, tüüp ja jäikus. Üldiselt suurendavad suurema jäikusega täitematerjalid elastsusmooduli väärtusi.
Vee ja tsemendi suhe
Vee ja tsemendi suhe mõjutab hüdratatsiooniprotsessi ning sellest tulenevat betooni poorsust ja tugevust. Üldiselt annab madalam vee ja tsemendi suhe betooni suurema tugevuse ja suurema elastsusmooduli.
Betooni tihedus
Betooni tihedus on betooni mass ruumalaühiku kohta. Betoonisegu, sealhulgas täiteaine ja tsemendi tüüp, lisandid, õhusisaldus ja vee suhe, mõjutavad kõik betooni tihedust. Üldiselt on suurema tihedusega betoonitüüpidel suurem elastsusmooduli vahemik.
Täitematerjali-tsemendi liides
Side tsemendi ja täitematerjalide vahel loob betooni tugevuse, mis aitab suurendada elastsusmoodulit. Tugev side nende kahe vahel suurendab elastsusmoodulit, nõrk side aga vähendab seda. Paljud omadused mõjutavad seda sideme tugevust täitematerjalide tüübist, täitematerjali suurusest ja segu niiskusesisaldusest.
Kui teile meeldib meie leht, jagage seda oma sõpradega & Facebook
