Modulul de elasticitate al betonului este o proprietate mecanică fundamentală care ajută la caracterizarea rigidității și deformării betonului sub efort. Modulul de elasticitate al betonului reprezintă capacitatea combinației dintre ciment și agregate de a rezista la sarcinile grele la care sunt supuși în timpul construcției. Înțelegerea acestui parametru vital al betonului este crucială pentru ingineri și proiectanți pentru a prezice și analiza cu precizie structurile din beton și pentru a le asigura siguranța și longevitatea. Acesta este un factor vital în asigurarea optimizării construcției și proiectării.
Care este modulul de elasticitate concret?
Modulul de elasticitate al betonului este o măsură a capacității materialului de a rezista la stres. În realitate, aceasta este o măsură combinată a celor două ingrediente principale din beton: pastă de ciment și agregate. Pasta de ciment este materialul liant al betonului, în timp ce agregatele oferă volum și stabilitate. Pasta de ciment prezintă un modul de elasticitate mai mic decât agregatele, care rezistă mai bine la efort. Diferite amestecuri de beton conțin niveluri diferite ale acestor ingrediente, astfel încât diferite tipuri de beton prezintă un modul de elasticitate diferit.
Orientările pentru modulul de elasticitate adecvat al betonului de toate tipurile sunt determinate prin teste, date empirice și cercetări. Aceste linii directoare pentru cea mai bună utilizare a tipului de beton sunt definite în codurile de proiectare, standarde și specificații stabilite de organizațiile recunoscute din fiecare țară și organismele din domeniul ingineriei structurale.
Măsurarea modulului de elasticitate al betonului
Inginerii și cercetătorii testează substanțe concrete pentru a înțelege răspunsul lor la stres. Ei efectuează o gamă largă de calcule și teste pentru a determina răspunsurile elastice dinamice și statice ale betonului, ambele fiind necesare pentru aplicații specifice de construcție.
Un modul dinamic de elasticitate testează capacitatea betonului de a rezista la condiții de solicitare dinamică sau ciclică, cu alte cuvinte, condiții care se modifică cu sarcini sau vibrații variabile. De asemenea, măsoară modulul static de elasticitate, unde betonul este supus unei presiuni constante. Unele dintre aceste teste includ următoarele:
Test de compresie statică – Acest test implică aplicarea unei sarcini de compresiune axială pe o eșantion de beton cilindric sau cubic. Curbele de efort și deformare sunt generate din măsurătorile de sarcină și deformare generate. Testul de viteză a impulsurilor ultrasonice (UPV) – Acest test măsoară viteza impulsurilor ultrasonice prin beton. Inginerii estimează modulul de elasticitate pe baza relației dintre viteza impulsului și densitatea betonului. Test de frecvență de rezonanță – Pentru acest test, cercetătorii excită un specimen de beton cu vibrații mecanice și apoi măsoară vibrațiile naturale rezultate. Inginerii determină modulul de elasticitate pe baza vibrațiilor și a masei și densității betonului. Test de compresie dinamică – Acest test supune epruvetele de beton la deformari dinamice sau ciclice și măsoară răspunsurile rezultate la efort și deformare. Metode de testare nedistructivă (NDT) – Acestea sunt o serie de teste pe care inginerii le efectuează asupra structurilor existente fără a le distruge. Acestea includ ecoul de impact, răspunsul la impuls și dispersia undelor de stres.
Domenii de modul de elasticitate pentru tipuri de beton
Diferite tipuri de beton au diferite intervale de modul de elasticitate. Iată intervalele aproximative pentru tipurile comune de beton. Experții măsoară modulul de elasticitate în gigapascali (GPa) sau kilopound per inch pătrat (ksi).
Beton cu greutate normală – Betonul cu greutate normală este cel mai comun tip de beton pe care îl folosesc constructorii. Are o gamă tipică de modul de elasticitate variind de la 28 GPa (4.000 ksi) la 41 GPa (6.000 ksi). Beton ușor – Betonul ușor are un amestec de agregate ușoare care scad greutatea și densitatea betonului. Are un modul de elasticitate mai mic decât betonul normal, variind de la 14 GPa (2.000 ksi) la 28 GPa (4.000 ksi). Beton de înaltă rezistență – Betonul de înaltă rezistență are un nivel mai ridicat de rezistență la compresiune și un modul de elasticitate mai mare, variind de la 34 GPa (5.000 ksi) la 48 GPa (7.000 ksi). Beton armat cu fibre – Betonul armat cu fibre încorporează fibre de oțel sau sticlă pentru a ajuta la întărirea acestuia. Are un modul de elasticitate similar betonului normal, variind de la 28 GPa (4.000 ksi) la 41 GPa (6.000 ksi). Beton precomprimat – Betonul precomprimat încorporează tije de oțel tensionate care îi întăresc rezistența la stres. Are unul dintre cele mai mari module de elasticitate, variind de la 41 GPa (6.000 ksi) la 55 GPa (8.000 ksi).
Factori care influențează modulul de elasticitate al betonului
Modulul de elasticitate poate varia în funcție de mai mulți factori cheie care implică producția, prelucrarea și vechimea betonului.
Proiectarea amestecului de beton
Proporția de agregate, pastă de ciment și apă contribuie la modulul de elasticitate. Pasta de ciment prezintă un modul elastic mai mic decât agregatele, care prezintă un modul elastic ridicat. Combinația acestor ingrediente echivalează cu un modul elastic undeva între aceste două elemente. Chiar dacă agregatele au un modul elastic mai mare și îmbunătățesc modulul elastic al betonului în ansamblu, ele pot introduce și concentrații de tensiuni care vor reduce rezistența la compresiune. Prin urmare, designul amestecului ar trebui testat pentru a controla toți acești factori.
Epoca betonului
Vârsta betonului are un efect complex asupra modulului de elasticitate al acestuia. Pe termen scurt, modulul de elasticitate al betonului crește pe măsură ce se întărește și câștigă rezistență. Acest lucru se datorează faptului că procesul de hidratare al betonului încă are loc și are ca rezultat întărirea betonului în timp. Alte reacții chimice din materialele pe bază de ciment dezvoltă, de asemenea, rezistența și cresc modulul de elasticitate.
Cu toate acestea, îmbătrânirea pe termen lung a betonului poate provoca, de asemenea, fluaj și contracție. Aceasta este deformarea betonului datorită presiunilor constante în timp. Acestea au ca rezultat o scădere a modulului de elasticitate, deoarece induc deformarea și reduc rigiditatea betonului.
Condiții de întărire
Condițiile de întărire sau condițiile în care betonul se usucă pot afecta modulul general de elasticitate al materialului. Condițiile adecvate de întărire necesită temperatură și umiditate adecvate. Acestea sunt vitale pentru asigurarea modulului optim de elasticitate pentru beton.
Proprietăți agregate
Proprietățile agregatelor pe care producătorii le folosesc în amestecurile de beton influențează modulul de elasticitate compozit al betonului. Unele dintre proprietățile care sunt cele mai semnificative în agregate sunt dimensiunea, forma, tipul și rigiditatea materialului. În general, agregatele cu rigiditate mai mare cresc modulul valorilor de elasticitate.
Raportul apă-ciment
Raportul apă-ciment afectează procesul de hidratare și porozitatea și rezistența rezultată a betonului. În general, un raport apă-ciment mai mic duce la o rezistență mai mare a betonului și un modul de elasticitate mai mare.
Densitatea betonului
Densitatea betonului este masa pe unitate de volum a betonului. Amestecul de beton, inclusiv tipul de agregat și ciment, aditivi, conținutul de aer și raportul de apă, toate influențează densitatea betonului. În general, tipurile de beton cu densități mai mari au o gamă mai mare de modul de elasticitate.
Interfață agregat-ciment
Legătura dintre ciment și agregate creează rezistență în beton care ajută la creșterea modulului de elasticitate. O legătură puternică între cele două crește modulul de elasticitate, în timp ce o legătură slabă îl scade. Multe proprietăți influențează această rezistență de legare din tipul de agregate, dimensiunea agregatului și conținutul de umiditate al amestecului.
Dacă vă place pagina noastră, vă rugăm să distribuiți prietenilor tăi & Facebook