Модуль упругости бетона в15: что это такое, способы его определения

Модуль упругости бетона начальный В25б Т м2, В15, В7,5

Купить бетон / Статьи / О бетоне / Модуль упругости бетона – как определить

2021-01-29 12:34:33

Оглавление

• Модуль упругости бетона
• От чего зависит модуль упругости бетона
• Методы определения модуля упругости

Модуль упругости бетона

При возведении масштабных бетонных конструкций, еще на этапе планирования необходимо определить возможность бетона противостоять постоянному воздействию высоких нагрузок. Это свойство можно узнать, изучив модель упругости, показывающий способность сохранять целостность застывшей бетонной массы под воздействием деформационных процессов. Данная величина варьируется в зависимости от состава бетона и может меняться под воздействием внешних факторов в процессе эксплуатации сооружения.

От чего зависит модуль упругости бетона

Величина этого показателя в первую очередь зависит от класса бетона – чем он выше, тем больше плотность и сжатие, благодаря которым материал лучше сопротивляется деформации при нагрузках. Модуль упругости бетона В25 находится в пределах 30 Мпа, а самый высокий показатель принадлежит бетону В60 и составляет 39,5 Мпа. Более подробно с этой величиной для каждого класса бетона можно ознакомиться в таблице:

Помимо класса бетона, модуль его упругости зависит и от других факторов:

• Типа заполнителя – из-за неоднородности бетонной смеси в ней возникает сложное напряженное состояние и жесткие частицы воспринимают на себя большую часть нагрузки. Поэтому наибольший показатель модуля будет у бетона, в состав которого входит заполнитель с крупной фракцией.
• Влажности – чем больше содержится водяного пара в окружающей среде, тем становится ниже начальный модуль упругости бетона В20 и других классов этого строительного материала.
• Температуры и ультрафиолетового воздействия – при больших температурных колебаниях, превышающих 20℃ и высокой интенсивности солнечной радиации, происходит линейное расширение материала. Это приводит к уменьшению упругости материала и росту деформации.
• Армирование конструкции – каркасы из древесины, композитов, металлической арматуры, помещенные внутрь бетона, усиливают его упругость и прочность на растяжение и сжатие при изгибе.
• Возраста – наибольшая твердость и упругость характерна для состава, только через 200-250 дней после заливки бетона.

Методы определения модуля упругости

Для того чтобы понять, как определить модуль упругости, необходимо изучить особенности двух методов, которые используют для получения данного показателя и применяют как в условиях лаборатории, так и в естественной среде:

• Разрушающего контроля путем механического испытания материала. Для этого используют специальные образцы квадратного или круглого сечения, которые высверливают или выпиливают из готовой бетонной конструкции. Чтобы определить модуль упругости на образцы фиксируют индикаторы и помещают под пресс, постепенно увеличивая нагрузку. Испытания проводят ступенчато с интервалом в 5 минут, доводя усилия до 50% от максимально допустимого значения. На втором этапе механического метода определения данного показателя на образцы воздействуют уже с постоянной скоростью. Данная методика дает наиболее точные результаты с минимальной погрешностью, но требует локального разрушения строительной конструкции.
• Неразрушающего контроля с применением ультразвукового оборудования. Для этого в бетоне в условиях повышенной влажности, с помощью специального оборудования сравнивают скорость распространения волн в готовой бетонной конструкции и опытных образцах с различной степенью водонасышенности. Данный метод позволяет изучить модуль упругости сохраняя целостность сооружения, но имеет погрешность, которая в зависимости от окружающей среды может составлять 15-75%.

На основе полученных результатов и показателя действующего усилия рассчитывают абсолютную деформацию бетона.

Для этого используется следующая формула: ∆l= σ×l0/EA

Автор статьи

Виктор Филонцев

Образование:
НИУ МСГУ, Кафедра Технологии вяжущих веществ и бетонов, 2003.

Опыт работы:
12 лет в сфере производства бетона.

Текущая деятельность:
независимые консультации в сфере строительства.

Подробнее

измерение, наполнители, ГОСТ, влажность, нагрузка, прочность, армирование, испытания

Одной из основных задач проектирования является рациональный выбор сечения профиля и материала строительной конструкции. Необходимо найти золотую середину, при которой выбранный размер при оптимальной массе будет под воздействием расчётных нагрузок обеспечивать сохранение формы. При этом нельзя допустить перерасход материала и соответственно увеличение финансовых затрат. С этой целью технологами был разработан модуль упругости бетона. От чего зависит показатель и как проходят испытания, расскажем сегодня в обзоре Homius.

Содержание статьи

• 1 Модуль упругости: что это такое и его единицы измерения
• 2 Факторы, влияющие на модуль Юнга
  • 2.1 Качество и количество заполнителей
  • 2.2 Класс материала
  • 2.3 Как влияют на показатель влажность и температурные значения
  • 2.4 Время воздействия нагрузки и условия твердения смеси
  • 2.5 Возраст бетона и армирование конструкции
• 3 Способы определения модуля упругости
  • 3.1 Механический способ
    • 3.1.1 Материалы и инструменты
    • 3.1.2 Схема испытания образцов
  • 3.2 Ультразвуковое исследование
• 4 Резюме

Модуль упругости: что это такое и его единицы измерения

Ещё в середине XVII века во многих странах учёные начали заниматься исследованием материалов. Они применяли различные методики и технологии для определения характеристик прочности. Учёный из Англии Роберт Гук сформулировал главные правила удлинения упругих тел под воздействием нагрузки, благодаря ему было введено понятие модуля Юнга.

Согласно закону Гука, абсолютное растяжение/сжатие прямо пропорционально приложенной нагрузке с коэффициентом пропорциональности. Эта величина и называется модулем упругости и измеряется в следующих единицах:

• кгс/кв. см;
• т/кв. м;
• МПа.

Величина обозначается буквой Е и имеет различные величины, а также зависит от разных факторов. В лабораторных исследованиях были получены коэффициенты, которые сведены в общие таблицы. Характеристики показателя определяются согласно стандарту 52-101-2003.

Факторы, влияющие на модуль Юнга

Модуль Юнга – это основная характеристика бетона, определяющая его прочность. Благодаря величине проектировщики проводят расчёты устойчивости материала к различным видам нагрузок. На показатель влияют многие факторы:

• качество и количество заполнителей;
• класс бетона;
• влажность и температура воздуха;
• время воздействия нагрузочных факторов;
• армирование.

Качество и количество заполнителей

Качество бетона зависит от его заполнителей. Если компоненты имеют низкую плотность, соответственно, модуль Юнга будет небольшим. Упругость материала возрастает в несколько раз, если применяются тяжёлые наполнители.

Класс материала

На коэффициент влияет и класс бетона: чем он ниже, тем меньше значение модуля упругости. Например:

• модуль упругости у В10 соответствует значению 19;
• В15 – 24;
• В-20 – 27. 5;
• В25 – 30;
• показатель у В30 возрастает до значения 32,5.

Как влияют на показатель влажность и температурные значения

На рост деформаций и уменьшение упругих свойств материала влияют:

• повышение температуры воздуха;
• увеличение солнечной активности.

Под воздействием негативных факторов окружающей среды внутренняя энергия материала увеличивается, это приводит к линейному расширению бетона и соответственно, к увеличению пластичности.

Важно! Понижение температурных колебаний от 20 °C не учитывают в расчётах.

На ползучесть материала оказывает влажность, приводящая к изменению упругих характеристик. Чем выше содержание водяных паров, тем ниже коэффициент.

Время воздействия нагрузки и условия твердения смеси

На показатель упругости влияет время воздействия нагрузки:

• при мгновенном усилии на бетонную конструкцию деформативность прямо пропорциональна величине внешней нагрузке;
• при длительном воздействии значения коэффициента уменьшаются.

Во время проведения исследований было отмечено, если бетон твердеет естественным способом, модуль упругости у него выше в отличие от пропаривания материала в различных условиях. Это объясняется тем, что при использовании внешних условий в бетоне образуются пустоты и поры в большом количестве, ухудшающие его упругие свойства.

Возраст бетона и армирование конструкции

Прочность бетона находится в прямой зависимости от его возраста, со временем показатель только увеличивается. Ещё один фактор, положительно влияющий на модуль упругости бетона, – армирование, которое препятствует деформации материала.

Способы определения модуля упругости

Определить модуль упругости можно двумя способами:

• механическим, для него используются образцы;
• ультразвуковым, при котором не происходит разрушение образцов.

Механический способ

Механическое испытание проводят согласно стандарту СП 24452-80.

Материалы и инструменты

Для испытания принимаются квадратные или круглые образцы, их соотношение между высотой и шириной (сечением) должно быть равно четырём. Изделия сериями по 3 штуки выпиливают или вырезают из готовых конструкций либо отливают в формах согласно стандарту 10180-78. После этого их помещают под влажную материю до начала испытаний.

Испытания проводят на специальном оборудовании – прессе, состоящем из приборов, размещённых под разными направлениями по отношению к граням образца бетона. К рамкам из металла или опорным вставкам прикреплены индикаторы, измеряющие уровень деформации.

Схема испытания образцов

Испытания проводят по такой схеме:

1. К бетонным заготовкам крепят приборы.
2. Образцы помещают на пресс-платформу, совмещая центр основания с осью заготовки.
3. Выставляют базовую нагрузку.
4. Усилие увеличивают до 45% от базового.
5. Если пресс не запрограммирован под такую нагрузку, приборы снимают и продолжают испытания с постоянной скоростью.
6. В таблицу заносят результаты испытаний всех заготовок при нагрузке 30% от разрушающей.

По результатам испытаний можно определить начальный модуль упругости. Показатель характеризует свойства бетона под воздействием нагрузки, при которой начинают происходить изменения.

На видео представлен механический способ испытания образцов:

Ультразвуковое исследование

Особенность ультразвукового испытания в том, что это неразрушимый способ. Его проводят при повышенных показателях влажности. Исследования выполняют специальным прибором и методом сквозного или поверхностного продольного и поперечного сканирования. Данные о прохождении звуковой волны и её скорости заносят в таблицу для анализа.

Резюме

Понимание сущности модуля упругости поможет правильно выбрать класс материала, который обеспечит необходимую прочность железобетонных конструкций, соответственно и долговечность сооружения.

Какие характеристики влияют на качество бетона, можно более подробно узнать из видео:

Обсудить0

DIY HomiusКак разгладить линолеум на полу — идеи из практики

DIY HomiusКак оттереть краску с одежды в домашних условиях

Уравнения модуля упругости бетона и калькулятор

Связанные ресурсы: калькуляторы

Уравнения модуля упругости бетона и калькулятор

Гражданское строительство и проектирование
Прочность материалов Основы и уравнения | Механика материалов

Бетон Секущий модуль упругости Уравнения и калькулятор

Модуль упругости (также известный как модуль Юнга) определяется как отношение напряжения к деформации в упругой области. В отличие от стали модуль упругости бетона зависит от прочности на сжатие. Поскольку наклон кривой напряжения-деформации зависит от приложенного напряжения, существует несколько способов расчета модуля упругости. На рис. 1 показана типичная кривая напряжения-деформации для бетона с указанием начального модуля, касательного модуля и секущего модуля.

Рис. 1. Кривая напряжения и деформации бетона

Секущий модуль упругости определен ACI 318 для использования с удельным весом от 90 фунтов силы/фут ³ до 160 фунтов силы/фут ³ (1440 кг/м ³ и 2560 кг/м ³ ). Уравнения 1 и 2 используются как для мгновенных, так и для долгосрочных расчетов отклонения. ω _c в фунт-силах/футах ³ (кг/м ³

Секущий модуль упругости

Ур. 1, единицы СИ
E _c = 0,043 ω _c ^1,55 (f’ _c ) ^0,5

Экв. 2, США
E _c = 33 ω _c ^1,55 (f’ _c ) ^0,5

Для нормального бетона ACI 318 использует уравнение. 3 и 4, что соответствует удельному весу приблизительно 145 фунтов силы/фут ³ (2320 кг/м ³ ) [ACI 318 Sec. 8.5.1].

Экв. 3, SI
E _c = 5000 (f’ _c ) ^0,5

Ур. 4, США
E _c = 57 000 (f’ _c ) ^0,5

Где:

ω _c = удельный вес, фунты f/ft ³ (кг/м ³ )
f ‘ _c = прочность бетона на сжатие, фунт-сила/дюйм ² (МПа)
E _c = модуль упругости (модуль Юнга), фунт-сила/дюйм 0002 Связанные

• Модуль упругости, таблица модулей Юнга и калькулятор
• Объемный модуль для материалов, металлов и жидкостей
• Модуль Юнга (модуль упругости) Уравнение
• Предел прочности, модуль упругости, предел текучести металлов Таблица Таблица
• Конструкция анкерных болтов для бетонного фундамента
• Руководство по расчету бетона ACI
• Расчет железобетонных балок по BS8110 Калькулятор
• Конструкция железобетонной балки пер.