Определения модуля упругости бетона

Определения модуля упругости бетона

Модуль упругости — определение знакомо по большей части профессионалам. Малоопытному специалисту либо обычному потребителю это понятие незнакомо. Однако прочность и долговечность возведенного строения во многом зависит именно от этого показателя. Бетон само по себе довольно крепкое изделие. Но все-таки под воздействием некоторых внешних раздражителей он подвержен разрушению. Как раз по этой причине существует пара коэффициентов его крепости – на сжатие и на растяжение. Однако чаще всего обращают внимание именно на первое значение. Соответственно, и другие искомые параметры обязаны быть готовы к таким различным влияниям.

Что за величина?

Модуль упругости бетона — это возможность конструкции противостоять изменениям под воздействиями внешних факторов. Это важный критерий выбора марки материала для определенной работы, так как затвердевший материал в процессе эксплуатации сжимается и растягивается. Поэтому на этапе проектирования нужно правильно рассчитать допустимые значения для той или иной конструкции. Для расчетов пользуются таблицами определения модуля упругости, что представлены в нормативах для строительных работ.

Разновидности бетона и их показатель упругости

Бетонный камень в окончательном виде — твердый материал, что под влиянием внешней среды способен деформироваться. При постоянных механических нагрузках, даже модуль упругости железобетона может быть недостаточно высоким. Для определения вида прочности учитывается 2 критерия — растяжение и сжатие, что влияют на сопротивление нагрузкам.

Различают следующие виды материала:

Материал может производиться в нескольких разновидностях.

  • тяжелые;
  • легкие;
  • мелкозернистые;
  • поризованные;
  • автоклавного твердения.

Таблица, содержащая классы и соответствующие модули упругости

Классификация в таблице производится согласно СП 52—101—2003:

Класс бетона Модуль упругости
19,0 В10
24,0 В15
27,5 В20
30,0 В25
32,5 В30
34,5 В35
36,0 В40
37,0 В45
38,0 В50
39,0 В55
39,5 В60

Этапы изменения структуры

При строительстве необходимо учитывать деформацию от приложенной нагрузки. В процессе эксплуатации бетонная структура деформируется в два этапа:

  1. Первый этап — краткосрочное изменение структуры. На этой стадии бетон сохраняет свою целостность и может восстанавливать исходное состояние. При этом во время растяжения, сжатия и изгибания возникает упругая деформация без необратимых разрушений.
  2. Второй этап — разрушения необратимого типа, которые происходят в результате внезапной и сильной нагрузки. Во время пластичной деформации появляются трещины, вследствие которых начинается постепенное разрушение бетонных конструкций.

Помимо деформации от приложенной нагрузки существует такое понятие, как коэффициент упругости. Такой показатель просто необходим для людей, занимающихся расчетом прочности бетонных зданий.

Для застройщиков же такие расчеты проводить не нужно, так как главным ориентиром прочности является класс материала. И чем выше класс, тем больше увеличивается начальный модуль упругости бетона.

Расчет модуля упругости в лабораторных условиях

Алгоритм определения деформации предусматривает экспериментальные исследования в лабораторных условиях с использованием стандартных образцов.

Стандартный образец исследуется с целью установить начальный и приведенный показатель. Проведя пробы, выясняют степень способности материала выдерживать сжатие или растяжение. Если материал не имеет армировочного каркаса, то он не способен к растяжению. С учетом результатов экспериментов строится график, отражающий показатели зависимости прикладываемого воздействия и разрушения опытного образца.

При расчетах учитывается равнозначность показателей упругости материала на растяжение и сжатие.

В ходе лабораторных исследований образец подвергается непрерывной возрастающей нагрузке до полного его разрушения. В диаграмму вносят данные, отражающие воздействие нагрузок на степень деформации опытного образца. На завершающем этапе рассчитывается средний показатель всех исследуемых образцов.

Методика расчета бетонных конструкций содержится в Своде правил 52-101-2003, распространяющихся на все строительные бетонные и железобетонные конструкции.

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.

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.

Уже после возведения конструкции или сооружения фактически провести достоверные комплексные испытания бетона на прочность, морозостойкость, влажность и влагопроницаемость можно только в лаборатории. В рамках неразрушающих испытаний есть возможность грубо определить класс бетона ультразвуковыми методами диагностики.

И если после такой экспертной проверки образца возникают сомнения в однозначной классификации, то для оценки прочностных характеристик бетона берется проба – керн непосредственно на объекте строительства.
Для практического определения коэффициента упругости материала и фактического документального подтверждения проводится независимая экспертиза бетона.

Очень часто недобросовестные подрядчики экономят финансовые средства на материалах и не закупают / не применяют на объекте бетон, установленного проектом класса. Как следствие, меньший модуль упроугости приводит к преждевременному разрушению сооружения.

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 прочности бетона

Бетон относится к разряду материалов, имеющих высокую прочность. Несмотря на это, он может быть подвергнут частичной деформации в результате действия нагрузки. В таких случаях принято выделять два фактора, указывающих на твердость материала:

  • сжатие;
  • растяжение.

В большинстве случаев специалисты смотрят на первый показатель прочности.

Ультразвуковой способ контроля модуля упругости бетона.

Следовательно, для этих разносторонних воздействий, рассмотренных выше, должен быть верно подсчитан модуль упругости бетона.

Как свидетельствует строительная практика, показатели, рассмотренные выше, считаются равноценными. Они указывают на склонность бетона к короткой деформации под влиянием повышенных нагрузок, но при этом не допуская изменений, носящих непоправимый характер. К таким изменениям можно отнести разрушение структуры бетона, появление в материале микротрещин. Способность к временной деформации необходимо знать, в случаях когда конструкция из бетонных элементов подвергается всевозможным прогибам (к примеру, железобетонные конструкции типа арок или различные виды перекрытий). В определенных рамках материал отличается от множества других, использующихся в строительстве, поскольку под влиянием повышенной нагрузки он пружинисто реагирует.

Читайте также  Что можно сделать из фанеры

Понятие модуля упругости

Все твердые тела при возрастании нагрузки подвержены деформациям. Причем сначала изменения носят обратимый характер, а их зависимость от приложенных усилий — линейная.

Тело восстанавливает размеры и форму после прекращения внешнего воздействия. Здесь применяется закон Гука, где абсолютное сжатие или удлинение прямо пропорционально приложенной силе с коэффициентом пропорциональности, равным модулю упругости.

С ростом нагрузки тело вступает в фазу необратимых изменений, где деформации носят неупругий пластичный характер. В этой зоне удлинение или сжатие образцов при испытаниях происходят без значительного увеличения внешней силы.

В дальнейшем бетонный образец реагирует на усилия нелинейно — деформации растут без увеличения нагрузки. Это — зона ползучести. Связи внутри материала разрушаются, конструкция теряет прочность.

В рыхлых непрочных смесях присутствует стадия псевдопластических деформаций, когда с уменьшением нагрузки изменения размеров нарастают. Появляются отслоения, трещины и другие деструкции тела бетона.

Последующее увеличение усилий растяжения или сжатия приводят к полному разрушению образца.

Линейная зависимость между напряжением и деформациями в фазе упругости выражается формулой:

где E — модуль упругости (Па);

εпред — относительная деформация, т.е. отношение абсолютного удлинения к начальному размеру (∆l/l).

Модуль упругости определяют опытным путем. При испытаниях строят диаграмму зависимости деформаций от усилий, прикладываемых к образцу. Тангенс угла кривизны на участке упругих изменений размеров и есть искомая величина. Значения для разных классов и марок бетона занесены в таблицы.

График зависимости деформаций от напряжений при постепенном загружении

Зная E и действующие усилия, рассчитывают упругие абсолютные деформации бетона в конструкции по формуле:

где σ — напряжение, равное отношению внешней силы к площади сжатой или растянутой зоны сечения (P/F).

Чем больше модуль упругости, тем меньшие деформации при нагрузках испытывает материал. Значения E варьируются от 19 до 40 МПа*10 -3 .

Модуль упругости бетона (Еб): способы определения значения

Порядок определения Еб может несколько отличаться. Каждый способ имеет свои отличительные особенности. Стоит ознакомиться с нюансами каждого метода, чтобы не допустить ошибок в момент определения значения.

Механическое испытание

При проведении механических испытаний образец подвергается разрушению. Исследование производится с учётом требований ГОСТ 24452, устанавливающих требования к используемым образцам и порядку проведения исследований.

ФОТО: nilstroi.ru Для проведения испытания требуется специальное оборудование

Материалы и инструменты

Для проведения исследований используются образцы, имеющие форму круга либо квадрата. Соотношение высоты и поперечного сечения принимают равным четырём. Образцы высверливаются, выбуриваются либо выпиливаются из готового изделия. До начала испытаний их держат под влажной тканью.

Для получения искомого значения образцы помещают на пресс, оснащённый специальными базами, позволяющими измерить деформацию. Приборы располагаются под разными углами к грани образца. Для фиксации индикаторов используются стальные рамки. В некоторых случаях индикаторы приклеиваются к опорным вставкам.

Внимание! Если конструкция работает в условиях повышенной влажности, требуется специальная подготовка по ГОСТ 24452-80.

ФОТО: beton-house.com Образец помещается под пресс

Схема испытания образцов

Испытания выполняются в следующей последовательности:

  1. Образцы подготавливаются и с индикаторами помещаются под пресс, добиваясь совмещения осей образца и центра плиты. Назначают разрушающую нагрузку в т/м 2 . Величина зависит от марочной прочности бетона.
  2. Производят ступенчатое увеличение нагрузки с шагом 10 % от разрушающей и интервалом 4-5 минут.
  3. Доводят значение до 40-45 % от максимального. При отсутствии дополнительных требований приборы снимают, а дальнейшее нагружение выполняют с постоянной скоростью.
  4. Результаты для каждого образца обрабатывают, когда нагрузка составляет 30 % от разрушающей. Данные отображаются в журнале испытаний.

По проведенным исследованиям определяют начальный модуль упругости Еб. Нормативные значения для каждого класса содержатся в таблицах со строительными нормами и маркировке изделия. Для В15, В20, В25, В30, полученного в условиях естественного твердения, коэффициент равен 23, 27, 30, 32,5 МПа×10 -3 соответственно, в условиях термической обработки – 25, 24,5, 27, 29.

ФОТО: studfile.net Нагрузка повышается ступенчато

Неразрушающий ультразвуковой способ

Механический способ предполагает выемку образца из уже готовой конструкции. Это не всегда удобно и сопряжено с рядом трудностей. Ультразвуковой способ позволяет обойтись без локального разрушения. В условиях повышенной влажности погрешность составляет 15 -75 % из-за более высокой скорости распространения ультразвуковых волн в водной среде. Существует метод, позволяющий найти значение при различной влажности материала. Испытания проводятся на образцах, имеющих различную водонасыщенность.

Для нахождения нормативных и расчётных значений используют корректирующие коэффициенты, учитывая соответствующие значения. Методика приведена в СП 63.13330.2012.

Делитесь в комментариях, какому методу определения модуля упругости бетона вы доверяете больше всего и каким приходилось пользоваться.