Betongens elasticitetsmodul är en grundläggande mekanisk egenskap som hjälper till att karakterisera betongens styvhet och deformation under påkänning. Elasticitetsmodulen hos betong representerar förmågan hos kombinationen av cement och ballast att motstå de tunga belastningar som de utsätts för under konstruktionen. Att förstå denna viktiga betongparameter är avgörande för att ingenjörer och konstruktörer ska kunna förutsäga och analysera betongkonstruktioner exakt och säkerställa deras säkerhet och livslängd. Detta är en avgörande faktor för att säkerställa optimering av konstruktion och design.
Vad är betongens elasticitetsmodul?
Betongens elasticitetsmodul är ett mått på materialets förmåga att motstå påfrestningar. I verkligheten är detta ett kombinationsmått av de två huvudingredienserna i betong: cementpasta och ballast. Cementpasta är betongens bindematerial, medan ballast ger bulk och stabilitet. Cementpasta uppvisar en lägre elasticitetsmodul än ballast, som står sig bättre under belastning. Olika blandningar av betong innehåller olika nivåer av dessa ingredienser, så olika betongtyper uppvisar en varierande elasticitetsmodul.
Riktlinjerna för lämplig elasticitetsmodul för betong av alla typer bestäms genom testning, empirisk data och forskning. Dessa riktlinjer för bästa betongtypsanvändning definieras i designkoder, standarder och specifikationer som fastställts av erkända organisationer i varje land och organ inom byggnadsteknik.
Mätning av betongens elasticitetsmodul
Ingenjörer och forskare testar konkreta ämnen för att förstå deras stressrespons. De utför ett brett utbud av beräkningar och tester för att bestämma de dynamiska och statiska elastiska svaren hos betong, som båda behövs för specifika byggnadstillämpningar.
En dynamisk elasticitetsmodul testar betongens förmåga att motstå dynamiska eller cykliska belastningsförhållanden, med andra ord förhållanden som förändras med varierande belastningar eller vibrationer. De mäter också den statiska elasticitetsmodulen, där betongen utsätts för konstant tryck. Några av dessa tester inkluderar följande:
Statiskt kompressionstest – Detta test involverar applicering av en axiell tryckbelastning på ett cylindriskt eller kubiskt betongprov. Spännings- och töjningskurvor genereras från de belastnings- och deformationsmätningar som genereras. Ultraljudspulshastighetstest (UPV) – Detta test mäter hastigheten för ultraljudspulser genom betongen. Ingenjörer uppskattar elasticitetsmodulen baserat på förhållandet mellan pulshastighet och betongens densitet. Resonansfrekvenstest – För detta test exciterar forskare ett betongprov med mekaniska vibrationer och mäter sedan de resulterande naturliga vibrationerna. Ingenjörer bestämmer elasticitetsmodulen baserat på vibrationerna och betongens massa och densitet. Dynamiskt kompressionstest – Detta test utsätter betongprover för dynamiska eller cykliska belastningar och mäter de resulterande spännings- och töjningsreaktionerna. Metoder för icke-förstörande testning (NDT) – Dessa är en rad tester som ingenjörer utför på befintliga strukturer utan att förstöra dem. Dessa inkluderar stöteko, impulssvar och spridning av stressvågor.
Områden av elasticitetsmodul för typer av betong
Olika typer av betong har olika elasticitetsmoduler. Här är ungefärliga intervall för vanliga betongtyper. Experter mäter elasticitetsmodulen i Gigapascal (GPa) eller kilopound per kvadrattum (ksi).
Normalviktsbetong – Normalviktsbetong är den vanligaste typen av betong som byggare använder. Den har ett typiskt intervall av elasticitetsmoduler som sträcker sig från 28 GPa (4 000 ksi) till 41 GPa (6 000 ksi). Lättbetong – Lättbetong har en blandning av lätta ballastmaterial som minskar betongens vikt och densitet. Den har en lägre elasticitetsmodul än vanlig betong, från 14 GPa (2 000 ksi) till 28 GPa (4 000 ksi). Höghållfast betong – Höghållfast betong har en högre nivå av tryckhållfasthet och en högre elasticitetsmodul som sträcker sig från 34 GPa (5 000 ksi) till 48 GPa (7 000 ksi). Fiberarmerad betong – Fiberarmerad betong innehåller fibrer av stål eller glas för att stärka den. Den har en elasticitetsmodul som liknar normal betong som sträcker sig från 28 GPa (4 000 ksi) till 41 GPa (6 000 ksi). Förspänd betong – Förspänd betong innehåller spända stålstänger som stärker dess spänningsbeständighet. Den har en av de högsta elasticitetsmodulerna som sträcker sig från 41 GPa (6 000 ksi) till 55 GPa (8 000 ksi).
Faktorer som påverkar betongens elasticitetsmodul
Elasticitetsmodulen kan variera beroende på flera nyckelfaktorer som involverar betongens produktion, bearbetning och ålder.
Betongblandningsdesign
Andelen ballast, cementpasta och vatten bidrar till elasticitetsmodulen. Cementpasta uppvisar en lägre elasticitetsmodul än ballast, som uppvisar en hög elasticitetsmodul. Kombinationen av dessa ingredienser uppgår till en elasticitetsmodul någonstans mellan dessa två element. Även om ballast har en högre elasticitetsmodul och förbättrar elasticitetsmodulen för betongen som helhet, kan de också införa spänningskoncentrationer som minskar tryckhållfastheten. Därför bör mixdesignen testas för att kontrollera för alla dessa faktorer.
Betongens ålder
Betongens ålder har en komplex effekt på dess elasticitetsmodul. På kort sikt ökar betongens elasticitetsmodul när den härdar och får styrka. Detta beror på att hydratiseringsprocessen av betong fortfarande pågår och resulterar i att betongen härdar över tiden. Andra kemiska reaktioner i cementartade material utvecklar också styrka och ökar elasticitetsmodulen.
Ändå kan långtidsåldring av betong också orsaka krypning och krympning. Detta är deformation av betong på grund av konstanta tryck över tiden. Dessa resulterar i en minskning av elasticitetsmodulen eftersom de inducerar töjning och minskar betongens styvhet.
Härdningsförhållanden
Härdningsförhållandena, eller förhållanden under vilka betongen torkar, kan påverka materialets totala elasticitetsmodul. Korrekta härdningsförhållanden kräver lämpliga temperatur- och fuktnivåer. Dessa är avgörande för att säkerställa optimal elasticitetsmodul för betong.
Aggregerade egenskaper
Egenskaperna hos de ballast som tillverkarna använder i betongblandningar påverkar betongens elasticitetsmodul. Några av de egenskaper som är mest betydelsefulla i ballast är materialets storlek, form, typ och styvhet. I allmänhet ökar aggregat med högre styvhet elasticitetsmodulens värden.
Vatten-till-cement-förhållande
Vatten-till-cement-förhållandet påverkar hydratiseringsprocessen och den resulterande porositeten och hållfastheten hos betongen. I allmänhet leder ett lägre vatten-till-cement-förhållande till en högre hållfasthet hos betongen och en högre elasticitetsmodul.
Betongdensitet
Betongdensitet är vikten per volymenhet för betong. Betongblandningen, inklusive ballast och cementtyp, tillsatser, luftinnehåll och vattenförhållande, påverkar alla betongens densitet. I allmänhet har betongtyper med högre densitet ett högre intervall av elasticitetsmodul.
Aggregat-cementgränssnitt
Bindningen mellan cement och ballast skapar styrka i betong som bidrar till att öka elasticitetsmodulen. En stark bindning mellan de två ökar elasticitetsmodulen medan en svag bindning minskar den. Många egenskaper påverkar denna bindningsstyrka från typen av ballast, ballaststorlek och fukthalt i blandningen.
Om du gillar vår sida, dela gärna med dina vänner & Facebook
