De elasticiteitsmodulus van beton is een fundamentele mechanische eigenschap die helpt bij het karakteriseren van de stijfheid en vervorming van beton onder spanning. De elasticiteitsmodulus van beton vertegenwoordigt het vermogen van de combinatie van cement en toeslagstoffen om de zware belastingen te weerstaan waaraan ze tijdens de constructie worden blootgesteld. Het begrijpen van deze essentiële betonparameter is van cruciaal belang voor ingenieurs en ontwerpers om betonconstructies nauwkeurig te voorspellen en analyseren en hun veiligheid en levensduur te garanderen. Dit is een cruciale factor bij het garanderen van de optimalisatie van constructie en ontwerp.
Wat is de elasticiteitsmodulus van beton?
De elasticiteitsmodulus van beton is een maatstaf voor het vermogen van het materiaal om spanningen te weerstaan. In werkelijkheid is dit een combinatiemaat van de twee belangrijkste ingrediënten in beton: cementpasta en toeslagstoffen. Cementpasta is het bindmateriaal van beton, terwijl aggregaten voor volume en stabiliteit zorgen. Cementpasta vertoont een lagere elasticiteitsmodulus dan aggregaten, die beter bestand zijn tegen spanning. Verschillende betonmengsels bevatten verschillende niveaus van deze ingrediënten, dus verschillende betontypen vertonen een variërende elasticiteitsmodulus.
De richtlijnen voor de juiste elasticiteitsmodulus van alle soorten beton worden bepaald door middel van testen, empirische gegevens en onderzoek. Deze richtlijnen voor het beste gebruik van betonsoorten zijn gedefinieerd in ontwerpcodes, normen en specificaties die zijn opgesteld door erkende organisaties in elk land en instanties op het gebied van bouwtechniek.
Het meten van de elasticiteitsmodulus van beton
Ingenieurs en onderzoekers testen concrete stoffen om hun stressreactie te begrijpen. Ze voeren een breed scala aan berekeningen en tests uit om de dynamische en statisch-elastische reacties van beton te bepalen, die beide nodig zijn voor specifieke bouwtoepassingen.
Een dynamische elasticiteitsmodulus test het vermogen van het beton om dynamische of cyclische spanningsomstandigheden te weerstaan, met andere woorden: omstandigheden die veranderen bij variërende belastingen of trillingen. Ze meten ook de statische elasticiteitsmodulus, waarbij het beton onderhevig is aan constante druk. Sommige van deze tests omvatten het volgende:
Statische compressietest – Bij deze test wordt een axiale drukbelasting uitgeoefend op een cilindrisch of kubisch betonmonster. Op basis van de gegenereerde belasting- en vervormingsmetingen worden spannings- en rekcurven gegenereerd. Ultrasone pulssnelheidstest (UPV) – Deze test meet de snelheid van ultrasone pulsen door het beton. Ingenieurs schatten de elasticiteitsmodulus op basis van de relatie tussen pulssnelheid en de dichtheid van het beton. Resonante frequentietest – Voor deze test prikkelen onderzoekers een betonmonster met mechanische trillingen en meten vervolgens de resulterende natuurlijke trillingen. Ingenieurs bepalen de elasticiteitsmodulus op basis van de trillingen en de massa en dichtheid van het beton. Dynamische compressietest – Deze test onderwerpt betonmonsters aan dynamische of cyclische spanningen en meet de resulterende spannings- en rekreacties. Niet-destructieve testmethoden (NDT) – Dit is een reeks tests die ingenieurs uitvoeren op bestaande constructies zonder deze te vernietigen. Deze omvatten impactecho, impulsrespons en verspreiding van stressgolven.
Bereik van elasticiteitsmodulus voor soorten beton
Verschillende soorten beton hebben verschillende elasticiteitsmodulus. Hier vindt u geschatte bereiken voor veel voorkomende betontypen. Deskundigen meten de elasticiteitsmodulus in Gigapascal (GPa) of kilopound per vierkante inch (ksi).
Normaal gewicht beton – Normaal gewicht beton is het meest voorkomende type beton dat bouwers gebruiken. Het heeft een typisch bereik van elasticiteitsmodulus variërend van 28 GPa (4.000 ksi) tot 41 GPa (6.000 ksi). Lichtgewicht beton – Lichtgewicht beton heeft een mix van lichtgewicht toeslagstoffen die het gewicht en de dichtheid van het beton verminderen. Het heeft een lagere elasticiteitsmodulus dan normaal beton, variërend van 14 GPa (2.000 ksi) tot 28 GPa (4.000 ksi). Hogesterktebeton – Hogesterktebeton heeft een hogere druksterkte en een hogere elasticiteitsmodulus, variërend van 34 GPa (5.000 ksi) tot 48 GPa (7.000 ksi). Vezelversterkt beton – Vezelversterkt beton bevat vezels van staal of glas om het te helpen versterken. Het heeft een elasticiteitsmodulus die vergelijkbaar is met die van normaal beton, variërend van 28 GPa (4.000 ksi) tot 41 GPa (6.000 ksi). Voorgespannen beton – Voorgespannen beton bevat gespannen stalen staven die de spanningsbestendigheid versterken. Het heeft een van de hoogste elasticiteitsmodulus, variërend van 41 GPa (6.000 ksi) tot 55 GPa (8.000 ksi).
Factoren die de elasticiteitsmodulus van beton beïnvloeden
De elasticiteitsmodulus kan variëren op basis van verschillende sleutelfactoren die te maken hebben met de productie, verwerking en ouderdom van het beton.
Betonmix ontwerp
Het aandeel toeslagstoffen, cementpasta en water draagt bij aan de elasticiteitsmodulus. Cementpasta vertoont een lagere elasticiteitsmodulus dan aggregaten, die een hoge elasticiteitsmodulus vertonen. De combinatie van deze ingrediënten komt neer op een elastische modulus ergens tussen deze twee elementen. Hoewel aggregaten een hogere elasticiteitsmodulus hebben en de elasticiteitsmodulus van het beton als geheel verbeteren, kunnen ze ook spanningsconcentraties introduceren die de druksterkte verminderen. Daarom moet het mengselontwerp worden getest om al deze factoren te controleren.
Tijdperk van beton
De ouderdom van beton heeft een complex effect op de elasticiteitsmodulus. Op de korte termijn neemt de elasticiteitsmodulus van beton toe naarmate het uithardt en sterker wordt. Dit komt omdat het hydratatieproces van beton nog steeds plaatsvindt en na verloop van tijd resulteert in het uitharden van beton. Andere chemische reacties in cementachtige materialen ontwikkelen ook sterkte en verhogen de elasticiteitsmodulus.
Toch kan langdurige veroudering van beton ook kruip en krimp veroorzaken. Dit is de vervorming van beton als gevolg van constante druk in de tijd. Deze resulteren in een afname van de elasticiteitsmodulus omdat ze spanning veroorzaken en de stijfheid van het beton verminderen.
Uithardingsomstandigheden
De uithardingsomstandigheden, of omstandigheden waaronder het beton droogt, kunnen de algehele elasticiteitsmodulus van het materiaal beïnvloeden. Voor de juiste uithardingsomstandigheden zijn de juiste temperatuur- en vochtigheidsniveaus vereist. Deze zijn essentieel voor het garanderen van de optimale elasticiteitsmodulus van beton.
Geaggregeerde eigenschappen
De eigenschappen van de toeslagstoffen die fabrikanten in betonmengsels gebruiken, beïnvloeden de composietelasticiteitsmodulus van het beton. Enkele van de eigenschappen die het meest significant zijn bij aggregaten zijn de grootte, vorm, type en stijfheid van het materiaal. Over het algemeen verhogen aggregaten met een hogere stijfheid de waarden van de elasticiteitsmodulus.
Water-cementverhouding
De water-cementverhouding beïnvloedt het hydratatieproces en de resulterende porositeit en sterkte van het beton. Over het algemeen leidt een lagere water-cementverhouding tot een hogere sterkte van beton en een hogere elasticiteitsmodulus.
Betondichtheid
Betondichtheid is de massa per volume-eenheid van beton. De betonmix, inclusief het aggregaat- en cementtype, hulpstoffen, luchtgehalte en waterverhouding, hebben allemaal invloed op de betondichtheid. Over het algemeen hebben betonsoorten met hogere dichtheden een hoger elasticiteitsmodulus.
Aggregaat-cement-interface
De verbinding tussen cement en toeslagstoffen creëert sterkte in beton, wat helpt de elasticiteitsmodulus te vergroten. Een sterke binding tussen de twee verhoogt de elasticiteitsmodulus, terwijl een zwakke binding deze verlaagt. Veel eigenschappen beïnvloeden deze hechtsterkte door het type toeslagmateriaal, de aggregaatgrootte en het vochtgehalte van het mengsel.
Als je onze pagina leuk vindt, deel hem dan met je vrienden & Facebook
