Невозможно представить строительство зданий и сооружение железобетонных конструкций без использования бетона. Различные марки композита отличаются эксплуатационными характеристиками. Он способен воспринимать повышенные нагрузки, однако внешние факторы вызывают его разрушение. Один из важнейших параметров, определяющих устойчивость возведенных зданий и продолжительность их эксплуатации – это модуль упругости бетона. На его величину влияет ряд факторов. Рассмотрим детально параметр, характеризующий способность бетона воспринимать сжатие и растяжение.

Использование бетона при строительстве
Невозможно представить строительство зданий и сооружение железобетонных конструкций без использования бетона

Модуль упругости бетонных конструкций – важный параметр


Модуль упругости бетона, характеризующий способность массива сохранять целостность под воздействием деформации, используют проектировщики при выполнении прочностных расчетов строительных конструкций. Главная отличительная черта бетонных изделий и конструкций – твердость. Вместе с тем, воздействие нагрузки, величина которой превышает допустимые значения, вызывает сжатие и растяжение композита. Затвердевший монолит в процессе деформации изменяется. Причина – ползучесть материала.

В зависимости от значения коэффициента ползучести и величины приложенной нагрузки, структура монолита изменяется постепенно:

  • на первом этапе приложения нагрузки происходит кратковременное изменение структуры бетона. Он сохраняет целостность и восстанавливает первоначальное состояние. Растягивающие и сжимающие усилия, а также изгибающие моменты вызывают упругую деформацию без необратимых разрушений;
  • на следующей стадии при резком возрастании нагрузки возникают разрушения необратимого характера. В результате пластичной деформации возникают глубокие трещины, являющиеся, в дальнейшем, причиной постепенного разрушения зданий и различных бетонных конструкций.

Коэффициент упругости – главная характеристика, определяющая прочностные свойства бетона. Показатель представляет интерес для профессиональных проектантов, занимающихся расчетом нагрузочной способности бетонных конструкций. Индивидуальным застройщикам следует ориентироваться на класс материала, с возрастанием которого увеличивается значение модуля упругости бетона.


Коэффициент упругости – главная характеристика
Коэффициент упругости – главная характеристика, определяющая прочностные свойства бетона

Какие факторы определяют модуль упругости бетона В25 и бетонов других классов

На величину модуля упругости влияют следующие факторы:

  • характеристики наполнителя. Величина показателя прямо пропорциональна удельному весу бетона. При небольшой плотности значение модуля упругости меньше, чем у тяжелых мелкозернистых стройматериалов, содержащих плотный гравийный или щебеночной наполнитель;
  • классификация бетона. Каждый класс бетона по прочности имеет свое значение модуля упругости. С возрастанием класса бетона одновременно увеличивается значение модуля упругости. Начальное значение модуля упругости бетона класса В10 составляет 19, а для бетона В30 равно 32,5;

  • возраст монолита. Величина параметра, характеризующего упругость материала и продолжительность эксплуатации, связаны прямым соотношением. Оно не имеет предела пропорциональности – с увеличением возраста бетона возрастает крепость бетонной структуры. Используя существующие таблицы, специалисты определяют искомую величину с учетом поправочных коэффициентов;
  • технологические особенности изготовления бетона. Технологией производства бетона предусмотрена обработка при атмосферном давлении и возможность застывания стройматериала в естественных условиях, а также в автоклавах под воздействием повышенного давления и высокой температуры. Условия, при которых твердел бетон, влияют на показатель;
  • продолжительность нахождения бетона под нагрузкой. Расчет модуля упругого сопротивления производится путем умножения табличного значения на корректирующий коэффициент. Для ячеистых бетонов с пористой структурой величина составляет 0,7; для плотного бетона – 0,85;
Модуль упругости бетона
Модуль упругости бетона разных классов
  • концентрация влаги в воздушной среде. В зависимости от влажности воздуха изменяется концентрация влаги в бетоне, что влияет на его способность воспринимать предельные нагрузки. Температура окружающей среды также влияет на значение модуля упругости;

  • наличие пространственной решетки, изготовленной из арматурных прутков. Армирование повышает способность бетонного массива сопротивляться разрушающим деформациям и воспринимать действующие нагрузки. Расчетное сопротивление для арматуры указано в нормативных документах.

Модуль зависит от комплекса факторов. Их следует учитывать при выполнении прочностных расчетов. Независимо от  упругости массива, помните, что наличие арматурной решетки значительно повышает сопротивляемость бетона действующим нагрузкам.

Для усиления используйте арматуру повышенного класса. Не забывайте, что значение нормативного сопротивления для арматуры класса A6 выше, чем величина сопротивления для арматуры класса А1.

Модуль упругости бетона – таблица

Коэффициент, характеризующий упругость материала, остается неизменным до определенного температурного порога.  Проследить зависимость изменения модуля упругости от марки материала и температурных условий поможет таблица. Например, для материалов, у которых температура плавления 300 °С, после дальнейшего нагрева снижается способность противодействовать упругой деформации. И хотя бетон не плавится, под воздействием повышенной температуры, вызванной пожаром, нарушается структура бетонного массива и он теряет свои свойства.


Модуль упругости бетона
Модуль упругости бетона – таблица

Разработанная согласно Своду правил 52 101 2003 таблица поможет определить величину начального модуля упругости для различных классов бетона:

  • величина показателя упругости для материала класса В3,5 составляет 9,5;
  • стройматериал класса В7,5 отличается увеличенным значением модуля, равным 16;
  • строительный материал класса В20 при естественном твердении имеет значение модуля 27;
  • бетон, классифицируемый как В35, имеет увеличенную до 34,5 величину модуля упругости;
  • максимальное значение параметра 40 соответствует прочному бетону класса В60.

Зная класс материала, а также имея информацию о плотности стройматериала и технологии изготовления, несложно определить величину параметра по специальной таблице.

Как определяется модуль упругости бетона В20


Значение модуля для всех классов материала определяется согласно сп 52 101 2003. Таблица нормативного документа содержит значения всех необходимых коэффициентов для выполнения расчетов. Алгоритм определения показателя предусматривает выполнение экспериментальных исследований на стандартных образцах.

Модуль упругости бетона в20
Диаграмма модуля упругости бетона в20

В специальной литературе параметр обозначается заглавной буквой Е и известен среди профессиональных проектировщиков как модуль Юнга.

Он имеет различную величину в зависимости от действующей нагрузки и структуры бетона:

  • значение начального модуля упругости соответствует исходному состоянию бетона, воспринимающего пластическую деформацию без растрескивания массива;
  • приведенная величина модуля упругости характеризует стадию нагружения, после которой бетон теряет целостность в результате необратимых разрушений.

Осуществляя специальные расчеты и зная значение модуля упругости, специалисты определяют запас прочности сооружений арочного типа, автомобильных и железнодорожных мостов, а также перекрытий зданий.

Рекомендации

Профессиональные строители рекомендуют для повышения величины модуля упругости применять различные технологии изготовления. Рассмотрим, как изменяет свойства бетон б15, изготовленный различными методами:


  • в результате автоклавной обработки бетон приобретает упругие свойства, характеризуемые модулем, равным 17;
  • применение тепловой обработки, выполненной при атмосферном давлении, позволяет увеличить величину модуля упругости до значения 20,5;
  • максимальную величину модуля имеет бетон 200 М (B15) при естественных условиях твердения.
Пропорции раствора
Различные технологии изготовления бетона

Аналогичная тенденция прослеживается для других классов бетона, включая популярный b25 бетон.

С рассматриваемой точки зрения прослеживаются следующие тенденции:

  • для повышения величины модуля упругости бетона целесообразно использовать технологию естественного твердения;
  • применение гидротермической обработки снижает способность материала сопротивляться сжимающим и растягивающим нагрузкам;
  • при возрастании класса используемого бетона увеличивается его сопротивление упругим деформациям.

Используя табличные значения, несложно определить модуль сопротивления, и выбрать класс бетона для выполнения конкретных задач.

Заключение

Понимание физической сущности параметра упругости бетонного материала позволит правильно выбрать класс бетона для обеспечения необходимой прочности и долговечности строительных конструкций. Желая подробно ознакомиться с методикой расчета бетонных конструкций, изучите внимательно Свод правил 52 101 2003, положения которого распространяются на строительные конструкции из бетона и железобетона.

Как происходит деформация бетона

Чтобы определить упругость бетона, обычно проводят ряд испытаний на сжатие и растяжение. Впрочем, в строительстве наиболее значимым является тот факт, что не содержащий арматуры бетон на растяжение не способен. Одним из свойств бетона является ползучесть, именно из-за нее увеличивается деформация при силовом воздействии.


рвая стадия деформации – упругая деформация. Это означает, что после исчезновения давления материал, подвергшийся нагрузке, вновь примет изначальную форму. Если увеличивать силовое воздействие, деформация становится необратимой. Дальнейшее возрастание нагрузки ведет к разрушению объекта. Определить, в какой момент упругая деформация становится необратимой, сложно, так как изменение формы бетона зависит от скорости увеличения нагрузки. Это значение и есть начальный модуль упругости бетона.

Как рассчитывается модуль упругости

Начальный модуль упругости рассчитать сложно, однако можно установить его примерное значение. В ходе проведения испытаний образца бетона на прочность составляется график зависимости деформации от силы воздействия. Обычно на таких графиках секущая кривой графика зависимости деформации от напряжения параллельна касательной, проходящей через начало координат. Косвенным путем по такому графику можно определить модуль упругости бетона.

Как правило, модуль упругости прямо пропорционален корню из его прочности. Правда, это утверждение верно не для всего графика, а лишь для его основной части. Многое зависит еще и от условий, в которых проводились испытания, и от окружающей среды. Например, водонасыщенный бетон более упругий, чем сухой, хотя прочность у них практически одинакова. Большое влияние оказывает на показатель упругости качество крупного наполнителя. Зависимость прямая – легкие образцы бетона имеют более низкий модуль упругости, чем тяжелые.


Данный показатель зависит и от возраста материала. Чем старше бетон, тем более высок у него модуль упругости.
В практическом применении модуль упругости бетона важен при строительстве. При выпуске все материалы маркируются, поэтому примерный начальный модуль можно определить на основе маркировки. Для этого составлена специальная таблица, по которой высчитывается количественное значение модуля упругости каждой марки бетона. Очень важно правильно подобрать материал, чтобы конструкция не обрушилась при строительстве, а оставалась прочной на долгие годы.

Модуль упругости бетона

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector