Модуль пружності бетону є фундаментальною механічною властивістю, яка допомагає охарактеризувати жорсткість і деформацію бетону під напругою. Модуль пружності бетону являє собою здатність суміші цементу та заповнювачів витримувати великі навантаження, яким вони піддаються під час будівництва. Розуміння цього життєво важливого параметра бетону має вирішальне значення для інженерів і проектувальників, щоб точно прогнозувати й аналізувати бетонні конструкції та гарантувати їх безпеку та довговічність. Це життєво важливий фактор для забезпечення оптимізації будівництва та дизайну.
Що таке модуль пружності бетону?
Модуль пружності бетону є мірою здатності матеріалу витримувати навантаження. Насправді це поєднання двох основних інгредієнтів бетону: цементного тіста та заповнювачів. Цементне тісто є зв'язуючим матеріалом бетону, а заповнювачі забезпечують об'ємність і стабільність. Цементне тісто демонструє нижчий модуль пружності, ніж заповнювачі, які краще витримують навантаження. Різні бетонні суміші містять різні рівні цих інгредієнтів, тому різні типи бетону мають різний модуль пружності.
Рекомендації щодо відповідного модуля пружності бетону всіх типів визначаються шляхом випробувань, емпіричних даних і досліджень. Ці вказівки щодо найкращого використання типу бетону визначено в нормах проектування, стандартах і специфікаціях, встановлених визнаними організаціями в кожній країні та органами у сфері будівельного будівництва.
Вимірювання модуля пружності бетону
Інженери та дослідники випробовують конкретні речовини, щоб зрозуміти їх реакцію на стрес. Вони виконують широкий спектр розрахунків і випробувань для визначення динамічних і статичних пружних характеристик бетону, обидва з яких необхідні для конкретних будівельних застосувань.
Динамічний модуль пружності перевіряє здатність бетону протистояти динамічним або циклічним умовам напруги, іншими словами, умовам, які змінюються зі змінними навантаженнями або вібраціями. Вони також вимірюють статичний модуль пружності, коли бетон піддається постійному тиску. Деякі з цих тестів включають наступне:
Випробування на статичне стиснення – це випробування передбачає застосування осьового стискаючого навантаження до циліндричного або кубічного бетонного зразка. Криві напруги та деформації створюються на основі згенерованих вимірювань навантаження та деформації. Тест на швидкість ультразвукового імпульсу (UPV) – цей тест вимірює швидкість ультразвукового імпульсу через бетон. Інженери оцінюють модуль пружності на основі співвідношення між швидкістю імпульсу та щільністю бетону. Тест на резонансну частоту – для цього тесту дослідники збуджують бетонний зразок механічними коливаннями, а потім вимірюють отримані природні коливання. Інженери визначають модуль пружності на основі вібрацій, маси та щільності бетону. Випробування на динамічне стиснення – це випробування піддає бетонні зразки динамічним або циклічним деформаціям і вимірює результуючу напругу та реакцію на деформацію. Методи неруйнівного контролю (NDT) – це ряд тестів, які інженери проводять на існуючих структурах, не руйнуючи їх. До них відносяться відлуння удару, імпульсна відповідь і дисперсія хвилі напруги.
Діапазони модулів пружності для типів бетону
Різні види бетону мають різні діапазони модуля пружності. Ось приблизні діапазони для поширених типів бетону. Експерти вимірюють модуль пружності в гігапаскалях (ГПа) або кілофунтах на квадратний дюйм (ksi).
Бетон нормальної ваги – Бетон нормальної ваги є найпоширенішим типом бетону, який використовують будівельники. Він має типовий діапазон модуля пружності від 28 ГПа (4000 фунтів на кв. дюйм) до 41 ГПа (6000 фунтів на квадратний дюйм). Легкий бетон – Легкий бетон містить суміш легких заповнювачів, які зменшують вагу та щільність бетону. Він має нижчий модуль пружності, ніж звичайний бетон, від 14 ГПа (2000 ksi) до 28 GPa (4000 ksi). Бетон високої міцності – Бетон високої міцності має вищий рівень міцності на стиск і вищий модуль пружності в діапазоні від 34 ГПа (5000 ksi) до 48 ГПа (7000 ksi). Бетон, армований волокнами. Бетон, армований волокнами, містить сталеві або скляні волокна для посилення. Його модуль пружності подібний до звичайного бетону в діапазоні від 28 ГПа (4000 фунтів на кв. дюйм) до 41 ГПа (6000 фунтів на квадратний дюйм). Попередньо напружений бетон – Попередньо напружений бетон містить натягнуті сталеві стрижні, які підвищують його стійкість до напруги. Він має один із найвищих модулів пружності в діапазоні від 41 ГПа (6000 ksi) до 55 ГПа (8000 ksi).
Фактори, що впливають на модуль пружності бетону
Модуль пружності може змінюватися залежно від кількох ключових факторів, пов’язаних із виробництвом, обробкою та віком бетону.
Проектування бетонної суміші
Співвідношення заповнювачів, цементного тіста та води впливає на модуль пружності. Цементне тісто демонструє нижчий модуль пружності, ніж заповнювачі, які демонструють високий модуль пружності. Комбінація цих інгредієнтів становить модуль пружності десь між цими двома елементами. Незважаючи на те, що заповнювачі мають вищий модуль пружності та покращують модуль пружності бетону в цілому, вони також можуть створити концентрацію напруги, яка зменшить міцність на стиск. Таким чином, дизайн суміші слід перевірити, щоб контролювати всі ці фактори.
Вік бетону
Вік бетону комплексно впливає на модуль його пружності. У короткостроковій перспективі модуль пружності бетону збільшується в міру його твердіння та набору міцності. Це пояснюється тим, що процес гідратації бетону все ще відбувається, що призводить до твердіння бетону з часом. Інші хімічні реакції в цементних матеріалах також розвивають міцність і збільшують модуль пружності.
Тим не менш, тривале старіння бетону також може викликати повзучість і усадку. Це деформація бетону внаслідок постійного тиску з часом. Це призводить до зниження модуля пружності, оскільки вони викликають деформацію та зменшують жорсткість бетону.
Умови затвердіння
Умови твердіння або умови, за яких бетон висихає, можуть впливати на загальний модуль пружності матеріалу. Належні умови затвердіння вимагають відповідного рівня температури та вологості. Вони життєво важливі для забезпечення оптимального модуля пружності бетону.
Агрегатні властивості
Властивості заповнювачів, які виробники використовують у бетонних сумішах, впливають на комбінований модуль пружності бетону. Деякі з найважливіших властивостей заповнювачів – це розмір, форма, тип і жорсткість матеріалу. Загалом, заповнювачі з більшою жорсткістю збільшують значення модуля пружності.
Водоцементне співвідношення
Відношення води до цементу впливає на процес гідратації та результуючу пористість і міцність бетону. Загалом, нижче водоцементне відношення призводить до вищої міцності бетону та вищого модуля пружності.
Щільність бетону
Щільність бетону – це вимір маси бетону на одиницю об'єму. Бетонна суміш, включаючи тип заповнювача та цементу, домішки, вміст повітря та співвідношення води, впливає на щільність бетону. Загалом типи бетону з більшою щільністю мають вищий діапазон модуля пружності.
Інтерфейс заповнювач-цемент
Зв’язок між цементом і заповнювачами створює міцність бетону, що сприяє збільшенню модуля пружності. Міцний зв’язок між ними збільшує модуль пружності, а слабкий – зменшує. Багато властивостей впливають на міцність зв’язку від типу заповнювачів, розміру заповнювачів і вмісту вологи в суміші.
Якщо вам подобається наша сторінка, поділіться нею з друзями & Facebook
