Do scharakteryzowania właściwości użytkowych i fizycznych oraz mechanicznych materiałów stosuje się różne wskaźniki. Szeroko rozpowszechnił się moduł sprężystości betonu, który charakteryzuje zdolność do sprężystego odkształcania się w wyniku działania siły zewnętrznej i ciśnienia. Aby zrozumieć właściwości gotowego rozwiązania betonowego, warto dowiedzieć się, co to jest, od czego zależy i jak jest określane.
Przeczytaj w artykule
- 1 Moduł sprężystości i jednostki betonu
- 2 Czynniki wpływające na moduł sprężystości betonu
- 2.1 Jakość i zawartość objętościowa kruszyw
- 2.2 Klasa betonu
- 2.3 Temperatura i wilgotność powietrza
- 2.4 Czas ekspozycji i warunki utwardzania mieszanki
- 2.5 Wiek betonu i zbrojenia konstrukcyjnego
- 3 Moduł sprężystości betonu (Eb): metody wyznaczania wartości
- 3.1 Test mechaniczny
- 3.1.1 Materiały i narzędzia
- 3.1.2 Przykładowy schemat testowania
- 3.2 Nieniszcząca metoda ultradźwiękowa
- 3.1 Test mechaniczny
Moduł sprężystości i jednostki betonu
Podczas pracy ciała stałe są ładowane i zaczynają się odkształcać. Na początku zmiany odkształceń płynących są odwracalne, a ich wielkość od przyłożonej siły jest liniowa. Po usunięciu obciążenia produkt całkowicie przywraca swój pierwotny kształt. Do opisu zachodzących procesów stosuje się prawo Hooke'a, zgodnie z którym jako współczynnik stosuje się proporcjonalność między bezwzględnym ściskaniem lub wydłużeniem a przyłożonym modułem siły elastyczność.
Definicja tego wskaźnika jest następująca: moduł sprężystości - współczynnik proporcjonalności między normalnym naprężeniem a odpowiadającym mu względnym odkształceniem podłużnym. Mierzone w kgf/cm² (N/m², Pa). Nazywa się to modułem Younga.
Gdy tylko obciążenie przekroczy określony poziom, rozpoczyna się faza nieodwracalnych zmian. Odkształcalność staje się nieelastyczna. Ścinanie wzrasta bez dalszego przykładania obciążenia. W strefie pełzania wiązania wewnętrzne zaczynają się rozpadać, a struktura betonu traci wytrzymałość.
Czynniki wpływające na moduł sprężystości betonu
Wartość modułu sprężystości może się znacznie różnić. Wpływa na to wiele czynników. Aby uzyskać pożądany efekt, warto je wcześniej poznać.
Jakość i zawartość objętościowa kruszyw
Beton to mieszanka niektórych cementów i kruszyw. Jakość i stężenie tych ostatnich mają bezpośredni wpływ na wartość modułu sprężystości. Jeśli struktura jest niejednorodna, prawdopodobieństwo wystąpienia złożonego stanu naprężenia znacznie wzrasta. Główny ładunek spada na twarde cząstki. Obszary z pustkami i porami podlegają naprężeniom poprzecznym.
Uwaga! Wprowadzenie do kompozycji gruboziarnistego kruszywa zwiększa elastyczne właściwości betonu zbrojonego.
Klasa betonu
Klasa betonu ma bezpośredni wpływ na model sprężystości. Im wyższa klasa, tym większa wytrzymałość na ściskanie i gęstość kompozycji i tym lepiej będzie wytrzymać działające obciążenie. Najwyższa wartość – przy betonie B60 – liczbowo równy 39,5 MPa × 10-3. Najmniejsza wartość znajduje się w B10 i odpowiada 19 MPa × 10-3.
Temperatura i wilgotność powietrza
Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta odkształcenie betonu i maleją właściwości sprężyste. Przyczynia się to do wzrostu energii wewnętrznej mieszaniny, a także liniowej ekspansji materiału, trajektorii ruchu molekularnego i wzrostu plastyczności.
Uwaga! Wahania temperatury są brane pod uwagę tylko wtedy, gdy ich zakres przekracza 20°C.
Wilgoć wpływa na elastyczność materiału. W obliczeniach wykorzystywany jest współczynnik pełzania. Im wyższy procent pary wodnej, tym mniejsze odkształcenie plastyczne.
Czas ekspozycji i warunki utwardzania mieszanki
Czas trwania obciążenia konstrukcji betonowej wpływa również na moduł sprężystości. W przypadku obciążenia następuje natychmiastowe odkształcenie konstrukcji proporcjonalnie do przyłożonych sił zewnętrznych. Przedłużone napięcie prowadzi do zmniejszenia wielkości modułu. Zależność jest nieliniowa. Odkształcenia plastyczne i elastyczne sumują się.
Warunki, w jakich beton nabiera swojej wytrzymałości, mogą być różne. W warunkach naturalnych wartość jest zawsze wyższa. Jeśli materiał jest autoklawowany lub parowany pod ciśnieniem atmosferycznym, wartość nieznacznie się zmniejszy. Powodem tego jest powstawanie dużej liczby pustych przestrzeni i porów w wyniku nierównomiernego rozszerzania się objętości w temperaturze, obniżenie jakości hydratacji ziaren cementu.
Wiek betonu i zbrojenia konstrukcyjnego
Świeżo wylany beton utwardza się po czterech tygodniach. Po określonym czasie mieszanina będzie miała właściwości elastyczne i wystarczającą plastyczność. Maksymalna twardość zostanie osiągnięta dopiero po 200-250 dniach. W tym czasie moduł sprężystości osiąga maksymalną wartość odpowiadającą sile marki.
Aby zamontowana konstrukcja trwała dłużej, należy ją wzmocnić. Jako elementy wzmacniające przyjmuje się siatkę lub ramę, do wykonania której zastosowano zbrojenie należące do klas AI, AIII, A500C, At800, drewno i kompozyty. Wszystkie te elementy w trakcie działania odbierają obciążenia rozciągające i ściskające działające na pączek.
Dzięki wzmocnieniu możliwe jest zwiększenie właściwości sprężystych i wytrzymałościowych konstrukcji. Zmniejsza się prawdopodobieństwo pękania typu odkształcenia i skurczu.
Moduł sprężystości betonu (Eb): metody wyznaczania wartości
Procedura określania Eb może się nieznacznie różnić. Każda metoda ma swoje własne charakterystyczne cechy. Warto zapoznać się z niuansami każdej metody, aby uniknąć błędów przy ustalaniu wartości.
Test mechaniczny
Podczas testów mechanicznych próbka ulega zniszczeniu. Badania są przeprowadzane z uwzględnieniem wymagań GOST 24452, które określają wymagania dotyczące stosowanych próbek i procedury prowadzenia badań.
Materiały i narzędzia
Do badań wykorzystuje się próbki, które mają kształt koła lub kwadratu. Stosunek wysokości i przekroju przyjmuje się jako równy czterem. Próbki są wiercone, wiercone lub wycinane z gotowego produktu. Przed badaniem trzymane są pod wilgotną szmatką.
Aby uzyskać żądaną wartość, próbki umieszczane są na prasie wyposażonej w specjalne podstawy, które umożliwiają pomiar odkształcenia. Instrumenty są ustawione pod różnymi kątami do krawędzi próbki. Do mocowania wskaźników służą stalowe ramy. W niektórych przypadkach wskaźniki są przyklejone do wkładek podtrzymujących.
Uwaga! Jeśli konstrukcja działa w warunkach wysokiej wilgotności, wymagane jest specjalne szkolenie zgodnie z GOST 24452-80.
Przykładowy schemat testowania
Testy przeprowadzane są w następującej kolejności:
- Próbki są przygotowywane i umieszczane pod prasą ze wskaźnikami, osiągając wyrównanie osi próbki i środka płytki. Obciążenie niszczące jest przypisane w t / m2. Wartość zależy od wytrzymałości betonu.
- Stopniowy wzrost obciążenia odbywa się z krokiem 10% niszczącego iw odstępie 4-5 minut.
- Doprowadź wartość do 40-45% maksimum. W przypadku braku dodatkowych wymagań urządzenia są usuwane, a dalsze ładowanie odbywa się ze stałą prędkością.
- Wyniki dla każdej próbki są przetwarzane, gdy obciążenie wynosi 30% obciążenia zrywającego. Dane są wyświetlane w dzienniku testu.
Na podstawie przeprowadzonych badań wyznacza się początkowy moduł sprężystości Eb. Wartości orientacyjne dla każdej klasy zawarte są w tabelach kodów budynków i na etykietach produktów. Dla B15, B20, B25, B30 otrzymanych w naturalnych warunkach utwardzania współczynnik wynosi 23, 27, 30, 32,5 MPa × 10-3 odpowiednio w warunkach obróbki cieplnej - 25, 24,5, 27, 29.
Nieniszcząca metoda ultradźwiękowa
Metoda mechaniczna polega na usunięciu próbki z już gotowej konstrukcji. Nie zawsze jest to wygodne i wiąże się z szeregiem trudności. Metoda ultradźwiękowa pozwala obejść się bez lokalnego zniszczenia. W warunkach dużej wilgotności błąd wynosi 15-75% ze względu na większą prędkość propagacji fal ultradźwiękowych w środowisku wodnym. Istnieje metoda pozwalająca na znalezienie wartości przy różnej wilgotności materiału. Badania przeprowadzane są na próbkach o różnym nasyceniu wodą.
Aby znaleźć wartości standardowe i obliczone, stosuje się współczynniki korekcji, biorąc pod uwagę odpowiednie wartości. Technika jest podana w SP 63.13330.2012.
Podziel się w komentarzach, której metodzie przy wyznaczaniu modułu sprężystości betonu ufasz najbardziej, a którą musiałeś zastosować.
