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
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:
- К бетонным заготовкам крепят приборы.
- Образцы помещают на пресс-платформу, совмещая центр основания с осью заготовки.
- Выставляют базовую нагрузку.
- Усилие увеличивают до 45% от базового.
- Если пресс не запрограммирован под такую нагрузку, приборы снимают и продолжают испытания с постоянной скоростью.
- 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:
Предыдущая
