Особенности взаимосвязи модуля упругости и прочности бетона: ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОСВЯЗИ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И ПРОЧНОСТИ БЕТОНА
Любая эмпирическая зависимость для модуля упругости бетона в виде (V.4), т. е. в функции только прочности бетона, является одним из частных случаев выражения (V.15) при определенных фиксированных значениях параметров ф = const (т. е. Е3 = const) и рт = const [111]. Это следует из сопоставления формул (V.15) и (V.4), которые связаны соотношениями:
Јm.10-6 = 5q>; S = 800ф/?т. |
(V.16) (V.17) |
Для тяжелого бетона на крупном заполнителе при изменении £3иртв указанных ранее границах числовые зна-
Рис. 42. Изменчивость корреляционных связей между модулем упругости и прочностью тяжелого бетона по экспериментальным данным (цифры в скобках соответствуют номерам групп серий испытаний по табл. 6)
£г Ю’5, кГ/см2 КГ/см2 |
/—пределы изменения модуля fy пру ГОСТИ по выражению (V.15) для тяжелых бетонов на крупном заполнителе; 2 —то же, для чистого цементого камня
Чений коэффициентов Ёт и S в формулах типа (V.4) варьируются в весьма широких пределах: Ет = (4,1-7-5,8)105 и s = 100—300. Для песчаных растворов эти значения еще больше. Для цементного камня SK = 800; это предельная величина.
Разнообразные сочетания характеристик £3 и рт, которые могут встретиться на практике, обусловливают поэтому существование бесчисленного множества частных зависимостей Ех = F(
Const), сама по себе достаточно устойчива (см. табл. 6), совокупность этих кривых покрывает фактически обширную область, определяемую на рис. 42 выражением (V.15).
Попытка аппроксимировать такое многообразие связей на рис. 42 в виде некоторой общей зависимости (в функции только прочности бетона) приводит, естественно, к резкому возрастанию разброса опытных величин по отношению к расчетным.
Поэтому нормирование модуля упругости в функции только его прочности обеспечивает сугубо ориентировочную оценку искомой величины. Большинство обычно предлагаемых зависимостей типа (V.4) (см. табл. 5) не выходит за пределы все той же области на рис. 42, а расхождения в числовых значениях коэффициентов
Поскольку любая из зависимостей в форме (V.4) справедлива, как это следует из табл. 7, только при наличии определенного заполнителя и при его неизменной дозировке в бетонной смеси ни одну из них нельзя считать универсальной. Не случайно поэтому эмпирические формулы, рекомендуемые специально для песчаных бетонов (см. табл. 7), отражают характерное для них по сравнению с обычными бетонами повышенное содержание цементного теста рт.
Материал | По данным | Рекомендуемые значения эмпирических коэффициентов в формуле (V.4) | Средние характеристики бетонов, для которых справедлива данная рекомендация | ||
F | S | | | Рт | ||
Бетон | Графа [144] . . . Роша [183] . . . СНиП и СН 365- 67…………………. | 589 ООО 550 ООО 530 ООО | 176 187 200 | 540 000 | 0,186 0,213 0,236 |
Раствор | Роша [183] . . . СНиП……………………………. | 600 000 400 000 | 375 200 | 690 000 365 000 | 0,390 0,313 |
Данные табл. 7 позволяют не только объяснить существо расхождений между различными предложениями, но и сразу судить об их характерных особенностях и недостатках. Выясняется, например, что часто используемая формула Графа, в принципе вообще неприменима для современных тяжелых (тем более высокопрочных) бетонов, которые отличаются существенно более высокими средними значениями рт (см. табл. 7, данные СНиП и СН 365-67). Рекомендации СНиП для песчаных растворов неправильно интерпретируют их главное отличие от бетонов, дифференцируя лишь значения коэффициента
Влияние обоих рассмотренных факторов наряду с прочностью на величину модуля упругости бетона само по себе не является неожиданным. Оно обнаруживалось в разное время в ряде экспериментов [98, 119, 129, 143, 160, 164].
Все три характеристики бетона (RXf Е3 и рТ) слабо связаны друг с другом и могут встречаться практически в произвольных сочетаниях. Поэтому выражение (V.15) позволяет описать некоторые закономерности, которые никак не отражаются в существующих методах оценки величины модуля упругости бетона. Сказанное подтверждается результатами ряда экспериментов [119, 138, 165, 185 и др.].
Опыты Рюша, Кордины и Гильсдорфа [165] —тот редкий случай, когда модуль упругости заполнителя варьировался в широких пределах и непосредственно измерялась его величина (табл. 8). Две другие исходные характеристики — кубиковая прочность бетона и содержание цементного теста в смеси — сохранялись практически неизменными. Возраст бетона при испытании составлял 28 суток. В табл. 8 сопоставлены результаты прямых измерений модуля упругости бетонов на разных заполнит елях и расчета этих величин по формуле (V. 15).
Таблица 8
|
Из табл. 8 видно, что хотя расчетные значения во всех случаях несколько выше опытных, они полностью отражают экспериментальную закономерность, которая обнаруживается при практически возможном изменении упругих свойств заполнителя. И опытные и расчетные значения модуля упругости бетона могут отличаться за счет только этого фактора почти в 4 раза. Данные СНиП, приведенные для сравнения, отражают в тех же условиях лишь незначительное влияние колебаний прочности бетона на модуль упругости.
Другой пример, заимствованный из опытов Боломея [119], когда при неизменной прочности бетона и использовании одинакового заполнителя в широких пределах варьировалось содержание цементного теста в бетонных смесях, приведен в табл. 9. Возраст бетона при испытании составлял 90 суток.
Можно убедиться, что выражение (V.15) и в этом случае хорошо отражает экспериментальные закономерности, сво-
Модуль упругости заполнителя | Кубиковая прочность бетона | Содержание цементного теста | Значения модуля упругости бетона Ех — 10 | ||
Ез-10-5 (ориентировочно) | Измеренные | Расчетные | По СНиП | ||
6,1 | 306 302 297 307 325 | 0,136 0,159 0,171 0,258 0,378 | 4,05 3,92 4,01 3,22 2,7 | 4,15 3,92 3,81 3,25 2,74 | 3,2 3,19 3,16 3,21 3,28 |
Дящиеся к изменению модуля упругости бетона почти в 1,5 раза при неизменной его прочности за счет только влияния содержания цементного теста. Как и ранее, рекомендации СНиП не учитывают возможность столь существенных изменений.
На практике обычно одновременно изменяются не одна, а сразу две (чаще всего Rx и рт) или даже все три характеристики бетона, определяющие величину его модуля упругости. Это может привести к полному нарушению общепринятых закономерностей связи между модулем упругости и прочностью бетона (см. рис. 35). Указанные явления, необъяснимые с точки зрения существующих подходов к оценке упругих свойств бетона, находятся, однако, в полном соответствии с характером выражения (V. 15). В табл. 10 сравниваются средние величины модулей упругости, полученные в упомянутых опытах, и его расчетные значения, вычисленные по формуле (V. 15).
Как видно из табл. 10, выражение (V. 15) во всех случаях правильно описывает достаточно сложные закономерности изменения модуля упругости бетона, наблюдаемые в рассматриваемых экспериментах и состоящие в заметном (до 20—27%) падении величины модуля при повышении прочности сверх некоторого предела.
На основе выражения (V. 15) это явление легко объяснимо и представляется вполне закономерным. Увеличение прочности бетона достигалось в опытах при одновременном росте содержания цементного теста в смесях. Поскольку такое изменение обоих факторов прямо противоположно отражается на величине модуля упругости бетона, характер получаемых связей с прочностью может быть самым разнообразным. Как правило, начиная с некоторого значения
Автор экспериментальных | О CQ | Модуль упругости заполнителя (ориентировочно) | Кубиковая прочность бетона | Содержание цементного теста рт | Значения модуля упругости бетона £т.10-5 | С К | ||
Данных | G er « СО 5 Л 5 л 3 ю X о | Ят | Измеренные | Расчетные | Д и О С | |||
Уокер [202] | 5 5 5 5 5 5 5 | 4,9 | 171 229 276 326 372 425 550 | 0,149 0,191 0,22 0,264 0,34 0,494 0,74 | 3,07 2,76 3. 1 3.2 2,89 2,71 2,26 | 2,91 2,96 3,02 3 2,87 2,58 2,4 | 2,44 2,73 3,07 3,28 3,44 3,6 3,88 | |
Ричарт, Брандцаег и Браун [185] | 3 3 3 3 3 3 | 3,1 | 63 114 154 249 288 . 341 | 0,181 0,211 0,248 0,317 0,387 0,545 | 1,04 1,39 1,78 2,16 1,9 1,99 | 1,32 1,68 1,82 2,05 2,03 1,96 | 1.93 2,3 2.94 2,36* 3,52* | |
Фройденталь и Ролл [138] | 8 2 8 8 | 5,8 | ( 386 493 479 і 696 | 0,203 0,272 0,367 0,565 | 3,94 3,66 3,25 3,16 | 3,81 3,72 3,28 3,14 | 3,48 3,78 3,74 (4,11)** |
* Значения приняты для песчаных растворов. ** Получено экстраполяцией. |
Прочности, дальнейшее ее повышение не может компенсировать влияния растущего содержания цементного теста. Поэтому модуль упругости, достигнув максимальной величины, начинает снижаться. Получаемая закономерность прямо противоположна той, которая предусматривается в этих случаях рекомендациями нормативных документов.
Таким образом, выражение (V. 15), являясь в значительной мере универсальным, отвечает одновременно и теоретическим представлениям, и результатам большого числа экспериментов. С этой точки зрения оно имеет бесспорные преимущества перед существующими эмпирическими формулами для расчета модуля упругости бетона и может быть использовано для практической оценки ожидаемых величин модуля упругости обычного бетона, цемент — но-песчаного раствора и даже чистого цементного камня
Ёйе зависимости of прочностных характеристик этих материалов (во всяком случае до прочностей порядка 1000 кГ/см2). Выражение (V.15) позволяет также учесть некоторые специфические закономерности изменения модуля упругости бетона (раствора) в самых различных условиях. Все это открывает реальные пути повышения надежности прогнозов упругих характеристик бетона при проектировании конструкций.
В строительных кругах бетон называют искусственным камнем. В последнее время при возведении многоэтажных строений, малоэтажных домов он является основным элементом. Применение подобных смесей имеет историю в несколько веков. Отличительными свойствами …
Без надёжного фундамента невозможно возвести ни одно строительное сооружение. Монолитную базу (ленточный вариант) можно сделать из жидкого бетона, но это требует немалых затрат времени и финансов. К сведению тех, кто …
Кольца колодцев были и остаются очень востребованным строительным материалом. К слову, кольца колодцев приобретают не только те, чья деятельность связана с водоснабжением и канализацией, но и телефонисты, Интернет-провайдеры и, конечно …
Модуль (коэффициент) упругости бетона: формула для расчета
Определение упругости и единицы измерения
Изделия и конструкции из бетона подвергаются большим нагрузкам, причем этот процесс происходит постоянно. Технологи нашли возможность придать бетону упругость, т. е. способность упруго деформироваться при воздействии давления и силы, направленной на сжатие и расширение. Величина, которая характеризует этот показатель, называется модулем упругости бетона и по определению вычисляется с помощью формулы соотношения напряжения и упругой деформации образца: данные занесены в специальную таблицу.
Нормативные сведения также включают данные о:
- классе материала,
- его видах (тяжелый, мелкозернистый, легкий, пористый бетон и т. д:.),
- технологии производства, в частности способах твердения (естественное, автоклавная или тепловая обработка).
В связи с этим модуль упругости бетона В30 может быть различным и определяться исходя из других характеристик. Если взять в качестве примера тяжелые и ячеистые бетоны одного и того же класса прочности, их модули будут иметь абсолютно разные значения.
Таблица утверждена СНиП и составлена на основе результатов опытных исследований.
Таблица начальных модулей упругости E (МПа*10-3) при сжатии и растяжении бетонов с различными эксплуатационными характеристиками
Классы по прочности на сжатие |
В3,5 |
В5 |
В7,5 |
В10 |
В12,5 |
В15 |
В20 |
В25 |
В30 |
В35 |
В40 |
В45 |
В50 |
В55 |
В60 |
Характеристики бетона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тяжелые бетоны |
|||||||||||||||
Естественное твердение |
9,5 |
13 |
16 |
18 |
21 |
23 |
27 |
30 |
32,5 |
34,5 |
36 |
37,5 |
39 |
39,5 |
40 |
Тепловая обработка при атмосферном давлении |
8,5 |
11,5 |
14,5 |
16 |
19 |
20,5 |
24 |
27 |
29 |
31 |
32,5 |
34 |
35 |
35,5 |
36 |
Автоклавная обработка |
7 |
10 |
12 |
13,5 |
16 |
17 |
20 |
22,5 |
24,5 |
26 |
27 |
28 |
29 |
29,5 |
30 |
Мелкозернистые |
|||||||||||||||
Естественное твердение, А-группа |
7 |
10 |
13,5 |
15,5 |
17,5 |
19,5 |
22 |
24 |
26 |
27,5 |
28,5 |
— |
— |
— |
— |
Тепловая обработка при атмосферном давлении |
6,5 |
9 |
12,5 |
14 |
15,5 |
17 |
20 |
21,5 |
23 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
Естественное твердение, Б-группа |
6,5 |
9 |
12,5 |
14 |
15,5 |
17 |
20 |
21,5 |
23 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
Автоклавная теплообработка |
5,5 |
8 |
11,5 |
13 |
14,5 |
15,5 |
17,5 |
19 |
20,5 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
Автоклавное твердение, В-группа |
— |
— |
— |
— |
— |
16,5 |
18 |
19,5 |
21 |
21 |
22 |
23 |
24 |
24,5 |
25 |
Легкие и поризованные |
|||||||||||||||
Марка средней плотности, D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
800 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
1000 |
5,5 |
6,3 |
7,2 |
8 |
8,4 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
1200 |
6,7 |
7,6 |
8,7 |
9,5 |
10 |
10,5 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
1400 |
7,8 |
8,8 |
10 |
11 |
11,7 |
12,5 |
13,5 |
14,5 |
15,5 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
1600 |
9 |
10 |
11,5 |
12,5 |
13,2 |
14 |
15,5 |
16,5 |
17,5 |
18 |
— |
— |
— |
— |
— |
1800 |
— |
11,2 |
13 |
14 |
14,7 |
15,5 |
17 |
18,5 |
19,5 |
20,5 |
21 |
— |
— |
— |
— |
2000 |
— |
— |
14,5 |
16 |
17 |
18 |
19,5 |
21 |
22 |
23 |
23,5 |
— |
— |
— |
— |
Ячеистые автоклавного твердения |
|||||||||||||||
Марка средней плотности, D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
700 |
2,9 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
800 |
3,4 |
4 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
900 |
3,8 |
4,5 |
5,5 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
1000 |
— |
6 |
7 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
1100 |
— |
6,8 |
7,9 |
8,3 |
8,6 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
1200 |
— |
|
8,4 |
8,8 |
9,3 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
От чего зависит упругость бетона
1. Состав
Бетон с более высоким модулем упругости подвергается меньшей относительной деформации.
Значительную роль в этом играет качество цементного камня и наполнителя – двух компонентов, из которых и состоит бетон. И раствор, и заполнитель берут на себя всю нагрузку. При анализе зависимости модуля упругости бетона от модуля упругости его составляющих, исследователи выяснили, что прочность заполнителя не всегда задействуется для улучшения характеристик готового материала, а вот показатель упругости оказывает значительное влияние.
2. Класс
Начальный модуль упругости бетона при сжатии и расширении зависит от класса изделия по прочности на сжатие.
Эта зависимость устанавливается путем применения эмпирических формул, поэтому для практических целей проще всего получать информацию из готовой таблицы. Даже без сложных математических расчетов можно заметить, что модуль упругости увеличивается пропорционально прочности материала. Другими словами, чем выше класс, тем больше модуль упругости бетона, т. е. материал класса В25 является более устойчивым к относительным деформациям по сравнению с В20.
Расчет модуля упругости в лабораторных условиях
Когда речь идет о модуле упругости, принимают во внимание оба его варианта – динамический и статический. У первого значение выше и определяется в ходе вибрации образца.
Статический модуль, помимо основной информации, предоставляет данные о такой характеристике, как ползучесть бетона – динамика образования деформаций при постоянной нагрузке.
При расчетах учитывают тождество модулей упругости материала как на растяжение, так и на сжатие. Замечено, что если напряжение составляет 0,2 и более максимальной прочности бетона, происходят остаточные деформации. Это приводит к тому, что при сцеплении раствора и наполнителей возникают микротрещины, а это становится причиной крошения и в конечном итоге разрушения.
Во время эксперимента образец подвергают непрерывной нагрузке, имеющей тенденцию к возрастанию, до полного разрушения. Для этого используют особое оборудование – нагружающие установки. В диаграмму вносят данные, показывающие влияние нагрузок на степень деформаций. На завершающем этапе производится расчет среднего модуля упругости всех образцов.
Модуль упругости бетона
Что такое модуль упругости?
Модуль упругости (также известный как модуль упругости , коэффициент упругости ) материала представляет собой число, определяемое отношением приложенного напряжения к соответствующей деформации в пределах предела упругости. Физически это указывает на сопротивление материала деформации при воздействии на него напряжения. Модуль упругости также указывает на жесткость материала. Значение модуля упругости выше для более жестких материалов.
\[\text {Модуль упругости}\; E=\frac{f}{s} \]
Здесь f= приложенное напряжение к телу
s= деформация, соответствующая приложенному напряжению
Определение модуля упругости бетона. Источник: http://civilarc.com
Единицы модуля упругости
Единицы модуля упругости следующие:
- В единицах СИ МПа или Н/мм 2 или кН на квадратный метр.
- В единицах FPS фунтов на квадратный дюйм, или тысяч фунтов на квадратный дюйм, или фунтов на квадратный фут, или тысяч на квадратный фут.
Модуль упругости бетона
Модуль упругости бетона можно определить как наклон линии, проведенной от нулевого напряжения до напряжения сжатия 0,45 f’ c . Так как бетон — неоднородный материал. Прочность бетона зависит от относительной доли и модуля упругости заполнителя.
Чтобы узнать точное значение модуля упругости бетонной смеси, можно провести лабораторные испытания. Кроме того, существуют некоторые эмпирические формулы, предоставленные различными кодами, для получения модуля упругости бетона. Эти формулы основаны на зависимости между модулем упругости и прочностью бетона на сжатие. 2 92
\]
Тест для определения модуля упругости бетона
Следующее видео (источник: youtube.com) поможет вам получить представление об экспериментальной методике определения модуля упругости бетона. В этом видеоролике показана процедура испытания для определения модуля упругости бетона в соответствии со стандартом EN 12390-13.
Связанные статьи
- Использование бетона
- Преимущества и недостатки бетона
- Преимущества и недостатки железобетона
- Что такое предварительно напряженный бетон? Как это работает?
- Типы предварительно напряженного бетона
- Преимущества и недостатки предварительно напряженного бетона
- Вакуумный бетон | Определение, процедура и преимущества
- Что такое сборный железобетон?
- Преимущества и недостатки сборного железобетона
- Разница между шлакоблоком и бетонным блоком
[PDF] Взаимосвязь между прочностью сжатия и модулем эластичности высокопрочной бетонной бетона
- DOI: 10. 3130/aijs.60.1_8
- Корпус идентификатор: 55203198
@article {noguchi1998@article {noguchi1999.brci1998@article {noguchi1999.ship. title={СВЯЗЬ МЕЖДУ ПРОЧНОСТЬЮ СЖАТИЯ И МОДУЛОМ УПРУГОСТИ ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА}, автор={Такафуми Ногучи и Фуминори Томосава}, journal={Journal of Structural and Construction Engineering (транзакции Aij)}, год = {1995}, объем={60}, страницы={1-10} }
- T. Noguchi, F. Tomosawa
- Опубликовано в 1995 году
- Материаловедение, машиностроение
- Journal of Structural and Construction Engineering (транзакции Aij)
Модуль упругости бетона часто выражается в терминах прочности на сжатие. Хотя многими исследователями было предложено множество эмпирических уравнений для прогнозирования модуля упругости, считается, что лишь немногие уравнения охватывают все данные. Причиной считается то, что механические свойства бетона сильно зависят от свойств и пропорций вяжущих и заполнителей. Это исследование было проведено в рамках работы Исследовательского комитета по…
Просмотр через Publisher
jstage.jst.go.jpПрактическое уравнение для модуля упругости бетона
- T. Noguchi, F. Tomosawa, K. Nemati, B. Chiaia, A. Fantilli
Engineering, Materials Science
- 2009
Механические свойства бетона сильно зависят от типов и пропорций вяжущих и заполнителей. Поскольку существующие уравнения для прогнозирования модуля упругости в зависимости от…
Разработка статистических моделей для прогнозирования механических свойств простого бетона
- S. Gadve, R. Jajodia
Материаловедение, машиностроение
- 2022
Прочность бетона на сжатие рассматривается как индексное свойство бетона и, следовательно, другие механические свойства бетона, такие как прочность на изгиб и модуль упругости. упругости…
Упругие свойства бетона при сжатии и растяжении: эмпирические факторы при расчете пролетных железобетонных конструкций
- Королев А.С., Копп Анастасия, Ватин Н.
Материаловедение, машиностроение
Материаловедение
- 2021
Оценивается взаимосвязь испытаний упругих свойств бетона на сжатие и растяжение, которая обеспечивает испытание модуля оперативной упругости методом растяжения на изгиб.
Экспериментальное сравнительное исследование реактивного порошкового бетона: механические свойства и действующие факторы
- Эйад Кадхем, А. Али, Самех Тобея
Материаловедение, инженерия
- 2018
Реактивно-порошковый бетон (RPC) представляет собой тип бетона со сверхвысокими характеристиками, этот плотный композитный материал обычно характеризуется высоким содержанием цемента, высокой прочностью, низкой пористостью, низким…
Прочность бетона на сжатие с помощью Скорость ультразвукового импульса и модули упругости
- Богдан Болбореа, К. Баэрэ, С. Дан, А. Груин, Д. Бурдухос-Нергис, В. Василе
Материаловедение, инженерия
Материаловедение
- 2021
Высокая точность прогнозирования прочности бетона на сжатие, обеспечиваемая этим исследованием, превышает 90% по отношению к эталону и делает этот метод пригодным для дальнейших исследований, связанных как с оптимизацией процедуры, так и область применимости.
Оценка прочности бетона на сжатие с использованием скорости ультразвукового импульса бетона и модулей упругости
- Богдан Болборея, С. Дан, К. Матей, А. Груин, К. Баэрэ, И. Периану
Материаловедение
- 2021
Разработка неразрушающего метода, обеспечивающего быстрые, точные и неинвазивные результаты определения прочности бетона на сжатие, является важным вопросом, который в настоящее время изучается многими…
Механические свойства автоклавных материалов Газобетон различной плотности
- Ю Чен, Мейвен Пэн, Йе Чжан, Яньцзюнь Лю
Материаловедение
- 2013
Осознав значительные преимущества автоклавного ячеистого бетона (AAC) в развитии зеленого строительства, было проведено экспериментальное исследование для изучения механических свойств простого AAC…
Оптимизированный состав смеси и расчет модуля упругости сверхвысокопрочного бетона
- Tan -Trac Nguyen, Huu-Tai Thai, T.