مدول الاستیسیته بتن: چیست و چرا مهم است؟

مدول الاستیسیته بتن یک ویژگی مکانیکی اساسی است که به مشخص کردن سختی و تغییر شکل بتن تحت تنش کمک می کند. مدول الاستیسیته بتن نشان دهنده توانایی ترکیب سیمان و سنگدانه ها برای تحمل بارهای سنگینی است که در طول ساخت و ساز متحمل می شوند. درک این پارامتر حیاتی بتن برای مهندسان و طراحان برای پیش بینی و تجزیه و تحلیل دقیق سازه های بتنی و اطمینان از ایمنی و طول عمر آنها بسیار مهم است. این یک عامل حیاتی در تضمین بهینه سازی ساخت و ساز و طراحی است.

مدول الاستیسیته بتن چیست؟

مدول الاستیسیته بتن معیاری برای سنجش توانایی ماده در تحمل تنش است. در واقع، این معیار ترکیبی از دو ماده اصلی در بتن است: خمیر سیمان و سنگدانه. خمیر سیمان ماده اتصال دهنده بتن است، در حالی که سنگدانه ها حجیم و پایداری می کنند. خمیر سیمان مدول الاستیسیته کمتری نسبت به سنگدانه ها نشان می دهد که در زیر فشار بهتر می ایستند. مخلوط‌های مختلف بتن حاوی سطوح مختلفی از این مواد هستند، بنابراین انواع مختلف بتن مدول الاستیسیته متفاوتی از خود نشان می‌دهند.

دستورالعمل‌های مدول الاستیسیته مناسب بتن از همه انواع از طریق آزمایش، داده‌های تجربی و تحقیق تعیین می‌شوند. این دستورالعمل ها برای بهترین نوع استفاده از بتن در کدهای طراحی، استانداردها و مشخصات تعیین شده توسط سازمان های شناخته شده در هر کشور و ارگان هایی در زمینه مهندسی سازه تعریف شده است.

اندازه گیری مدول الاستیسیته بتن

مهندسان و محققان مواد بتن را برای درک پاسخ استرس آنها آزمایش می کنند. آنها طیف گسترده ای از محاسبات و آزمایش ها را برای تعیین پاسخ های الاستیک دینامیکی و استاتیکی بتن انجام می دهند که هر دو برای کاربردهای خاص ساختمان مورد نیاز هستند.

مدول الاستیسیته دینامیکی توانایی بتن را برای تحمل شرایط تنش دینامیکی یا چرخه ای، به عبارت دیگر، شرایطی که با بارها یا ارتعاشات متغیر تغییر می کنند، آزمایش می کند. آنها همچنین مدول الاستیسیته استاتیکی را که بتن تحت فشار ثابت قرار دارد، اندازه گیری می کنند. برخی از این تست ها شامل موارد زیر است:

تست فشار استاتیکی – این آزمایش شامل اعمال بار فشاری محوری بر روی یک نمونه بتن استوانه‌ای یا مکعبی است. منحنی های تنش و کرنش از اندازه گیری های بار و تغییر شکل تولید شده ایجاد می شوند. تست سرعت پالس اولتراسونیک (UPV) – این آزمایش سرعت پالس های اولتراسونیک را از طریق بتن اندازه گیری می کند. مهندسان مدول الاستیسیته را بر اساس رابطه بین سرعت پالس و چگالی بتن تخمین می زنند. تست فرکانس تشدید – برای این آزمایش، محققان یک نمونه بتنی را با ارتعاشات مکانیکی تحریک می‌کنند و سپس ارتعاشات طبیعی حاصل را اندازه‌گیری می‌کنند. مهندسان مدول الاستیسیته را بر اساس ارتعاشات و جرم و چگالی بتن تعیین می کنند. تست تراکم دینامیکی – این آزمایش نمونه های بتنی را در معرض کرنش های دینامیکی یا چرخه ای قرار می دهد و پاسخ های تنش و کرنش حاصل را اندازه گیری می کند. روش‌های تست غیرمخرب (NDT) – اینها طیفی از آزمایش‌ها هستند که مهندسان بدون تخریب آنها بر روی سازه‌های موجود انجام می‌دهند. اینها عبارتند از اکو ضربه، پاسخ ضربه و پراکندگی موج استرس.

محدوده مدول الاستیسیته برای انواع بتن

انواع مختلف بتن دارای دامنه های متفاوتی از مدول الاستیسیته هستند. در اینجا محدوده های تقریبی برای انواع بتن رایج آورده شده است. کارشناسان مدول الاستیسیته را بر حسب گیگا پاسکال (GPa) یا کیلوپوند بر اینچ مربع (ksi) اندازه گیری می کنند.

بتن با وزن معمولی – بتن با وزن معمولی رایج ترین نوع بتن است که سازندگان از آن استفاده می کنند. محدوده معمولی مدول الاستیسیته آن از 28 گیگا پاسکال (4000 ksi) تا 41 گیگا پاسکال (6000 ksi) متغیر است. بتن سبک – بتن سبک دارای ترکیبی از سنگدانه های سبک است که باعث کاهش وزن و چگالی بتن می شود. مدول الاستیسیته کمتری نسبت به بتن معمولی دارد که از 14 گیگا پاسکال (2000 ksi) تا 28 گیگا پاسکال (4000 ksi) متغیر است. بتن با مقاومت بالا – بتن با مقاومت بالا دارای سطح بالاتری از مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بالاتری است که از 34 GPa (5000 ksi) تا 48 GPa (7000 ksi) متغیر است. بتن تقویت شده با الیاف – بتن تقویت شده با الیاف از الیاف فولادی یا شیشه ای برای کمک به تقویت آن استفاده می کند. این مدول الاستیسیته مشابه بتن معمولی از 28 گیگا پاسکال (4000 ksi) تا 41 گیگا پاسکال (6000 ksi) دارد. بتن پیش تنیده – بتن پیش تنیده دارای میله های فولادی کششی است که مقاومت آن در برابر تنش را تقویت می کند. یکی از بالاترین مدول الاستیسیته را دارد که از 41 گیگا پاسکال (6000 ksi) تا 55 گیگا پاسکال (8000 ksi) متغیر است.

عوامل موثر بر مدول الاستیسیته بتن

مدول الاستیسیته می تواند بر اساس چندین عامل کلیدی شامل تولید، فرآوری و سن بتن متفاوت باشد.

طراحی مخلوط بتن

نسبت سنگدانه ها، خمیر سیمان و آب به مدول الاستیسیته کمک می کند. خمیر سیمان مدول الاستیک کمتری نسبت به سنگدانه ها نشان می دهد که مدول الاستیک بالایی از خود نشان می دهند. ترکیب این مواد به یک مدول الاستیک در جایی بین این دو عنصر می رسد. اگرچه سنگدانه‌ها مدول الاستیک بالاتری دارند و مدول الاستیک بتن را به طور کلی بهبود می‌بخشند، اما می‌توانند غلظت‌های تنش را ایجاد کنند که مقاومت فشاری را کاهش می‌دهد. بنابراین، طراحی مخلوط باید برای کنترل همه این عوامل آزمایش شود.

عصر بتن

سن بتن تأثیر پیچیده ای بر مدول الاستیسیته آن دارد. در کوتاه مدت، مدول الاستیسیته بتن با سخت شدن و افزایش مقاومت افزایش می یابد. این به این دلیل است که فرآیند هیدراتاسیون بتن هنوز در حال انجام است و منجر به سخت شدن بتن در طول زمان می شود. سایر واکنش های شیمیایی در مواد سیمانی نیز باعث افزایش استحکام و افزایش مدول الاستیسیته می شود.

با این حال، پیری طولانی مدت بتن نیز ممکن است باعث خزش و انقباض شود. این تغییر شکل بتن در اثر فشارهای ثابت در طول زمان است. اینها منجر به کاهش مدول الاستیسیته می شوند زیرا باعث ایجاد کرنش و کاهش سختی بتن می شوند.

شرایط درمان

شرایط پخت، یا شرایطی که تحت آن بتن خشک می‌شود، می‌تواند بر مدول الاستیسیته کلی ماده تأثیر بگذارد. شرایط پخت مناسب نیاز به درجه حرارت و رطوبت مناسب دارد. اینها برای اطمینان از مدول الاستیسیته بهینه برای بتن حیاتی هستند.

خواص جمعی

خواص سنگدانه هایی که سازندگان در مخلوط بتن استفاده می کنند بر مدول ارتجاعی ترکیبی بتن تأثیر می گذارد. برخی از خواصی که در سنگدانه ها مهم است اندازه، شکل، نوع و سفتی مواد است. به طور کلی سنگدانه هایی با سختی بالاتر، مدول مقادیر کشسانی را افزایش می دهند.

نسبت آب به سیمان

نسبت آب به سیمان بر فرآیند هیدراتاسیون و تخلخل و مقاومت بتن در نتیجه تأثیر می گذارد. به طور کلی، نسبت آب به سیمان کمتر منجر به مقاومت بیشتر بتن و مدول الاستیسیته بالاتر می شود.

چگالی بتن

چگالی بتن عبارت است از جرم در واحد حجم اندازه گیری بتن. مخلوط بتن، از جمله سنگدانه و نوع سیمان، مواد افزودنی، محتوای هوا و نسبت آب، همگی بر تراکم بتن تأثیر می گذارند. به طور کلی، انواع بتن با چگالی بالاتر، دامنه مدول الاستیسیته بالاتری دارند.

رابط سنگدانه-سیمان

پیوند بین سیمان و سنگدانه ها باعث ایجاد استحکام در بتن می شود که به افزایش مدول الاستیسیته کمک می کند. پیوند قوی بین این دو مدول الاستیسیته را افزایش می دهد در حالی که پیوند ضعیف آن را کاهش می دهد. خواص زیادی بر این استحکام باند ناشی از نوع سنگدانه ها، اندازه سنگدانه ها و میزان رطوبت مخلوط تأثیر می گذارد.

اگر از صفحه ما خوشتان آمد لطفا با دوستان خود به اشتراک بگذارید & فیس بوک