Модуль упругости бетона: что это такое и как определить

Основное понятие

Важным параметром при выборе бетона является его упругость, которая показывает способность застывшей массы оставаться в целостности даже под воздействием деформации. Такие данные нужны проектировщикам для того, чтобы возводить прочные и долговечные конструкции.

Безусловно, главным достоинством материала является его твердость. Но из-за ползучести затвердевшая масса в процессе эксплуатации может деформироваться. Все это может происходить из-за воздействия нагрузки, если ее значение превысит допустимые нормы. Поэтому следует учитывать величину приложенной нагрузки и значение коэффициента ползучести, из-за которых структура затвердевшего изделия постепенно меняется.

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.

Читайте также: Определение параметров звукоизоляции газобетонных блоков

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.

Расчетные сопротивления и модули упругости для строительных материалов

При расчете строительных конструкций нужно знать расчетное сопротивление и модуль упругости для того или иного материала. Здесь представлены данные по основным строительным материалам.
Таблица 1. Модули упругости для основных строительных материалов

Нормативные данные для рассчетов железобетонных конструкций

Таблица 2. Модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)

Таблица 2.1 Модули упругости бетона согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)
Примечания: 1. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой — в кгс/см&sup2. 2. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции. 3. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Еb принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8. 4. Для напрягающего бетона значения Еb принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент a

= 0,56 + 0,006В.
Таблица 3. Нормативные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)Таблица 4. Расчетные значения сопротивления бетона сжатию (согласно СП 52-101-2003)Таблица 4.1 Расчетные значения сопротивления бетона сжатию согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)Таблица 5. Расчетные значения сопротивления бетона растяжению (согласно СП 52-101-2003)Таблица 6. Нормативные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)Таблица 6.1 Нормативные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)Таблица 6.2 Нормативные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)Таблица 7. Расчетные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)Таблица 7.1 Расчетные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)Таблица 7.2 Расчетные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

Нормативные данные для расчетов металлических контрукций

Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990)) листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений
Примечания: 1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм). 2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88. 3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см²).
Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))
Примечания: 1. Стали С345 и С375 категорий 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 27772-88 заменяют стали категорий соответственно 6, 7 и 9, 12, 13 и 15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*. 2. Стали С345К, С390, С390К, С440, С590, С590К по ГОСТ 27772-88 заменяют соответствующие марки стали категорий 1-15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*, указанные в настоящей таблице. 3. Замена сталей по ГОСТ 27772-88 сталями, поставляемыми по другим государственным общесоюзным стандартам и техническим условиям, не предусмотрена.

Расчетные сопротивления для стали, используемой для производства профилированных листов здесь не показаны.

Виды раствора

Все подобные материалы подразделяются на несколько видов. Самое интересное заключается в том, что даже не все профессиональные строители знают, что существует несколько разновидностей бетона:

1. Тяжелые. Такой вид имеет маркировку М100, М150, М200 и т. д. В состав смеси входят плотные наполнители известняк и гранит. Тяжелый бетон является высокопрочным. Он быстро затвердевает, поэтому его главное предназначение — сборные железобетонные конструкции.
2. Легкие. В такой бетон при изготовлении добавляют легкие пористые наполнители, такие как керамзит, пемза, вспученный шлак и другие. Благодаря такому составу материал становится намного легче, поэтому его используют для возведения несущих стен и других ограждающих сооружений.

Факторы, влияющие на упругость

Чтобы понять, от чего зависит модуль упругости бетона В25, В20, В15 и других классов, нужно рассмотреть все причины. На эту величину влияет очень много факторов, но самыми распространенными являются:

1. Свойства наполнителя. Если изделие имеет низкую плотность, то и модуль упругости у него небольшой. При использовании тяжелых наполнителей упругость возрастает в несколько раз.
2. Классность. Чем выше класс, тем больше и упругость. Например, модуль упругости В30 равен 32,5, а у класса В10 он составляет всего лишь 19.
3. Продолжительность использования. Бетонные конструкции становятся крепче со временем, поэтому специалисты используют таблицы для таких целей.
4. Особенности производства. В процессе изготовления могут использоваться разные обработки бетона. Некоторые применяют высокую температуру и давление. Другие же проводят обработку при атмосферном давлении и дают строительному материалу затвердевать естественным путем. Все эти особенности изготовления напрямую влияют на показатель прочности и упругости.
5. Время нахождения под давлением и нагрузкой. Для расчета используются специальные таблицы, из которых берется значение и умножается на корректирующий коэффициент.
6. Влажность воздуха. Температура и влажность также влияют на значение упругости.
7. Арматура. Использование стальной арматуры помогает противостоять различным нагрузкам и сопротивляться деформациям. Необходимые значения находятся в нормативных документах.

Хоть и многие факторы влияют на упругость материала, все же бетонные изделия нельзя назвать ненадежными и недолговечными. При качественном производстве и правильных расчетах конструкции прослужат долгое время.

Модуль упругости вибрированного бетона

Модуль упругости устанавливали из кривой нагрузка — деформация при нагрузке в 0,25 от разрушающей. Кривые напряжение — деформация для вибрированного бетона состава 1 :8 на щебне при В/Ц = 0,6 и удобоукладываемости 14 сек. Испытания цилиндров 15×30 см показали, что модуль упругости вибрированного бетона с водоцементным отношением 0,55-0,7 больше модуля упругости того же бетона ручной укладки.

Модуль упругости вибрированного бетона с большим количеством крупного заполнителя больше, чем у бетона ручной укладки, кроме сильно подвижных бетонных смесей. Это различие в модулях упругости особенно резко проявляется в тощих составах. С увеличением водоцементного отношения модуль упругости вибрированного бетона уменьшается. Наибольший модуль упругости зафиксирован для вибри-рованного бетона в возрасте 60 дней; с дальнейшим увеличением возраста до 150 дней модуль упругости вибрированного бетона так же, как и бетона ручной укладки, уменьшается. Модуль упругости бетона увеличивается с возрастом до некоторого предельного значения и затем уменьшается. Средние значения модуля упругости вибрированного бетона в возрасте 6 дней.

Сравнивая эти значения с нормативными значениями, видим, что при прочности 170 кг/см2 модули упругости совпадают; при более низких марках бетона модуль упругости вибрированного бетона несколько больше нормативных значений.

Модуль упругости бетона зависит не только от марки бетона, но в большей степени от заполнителей, расхода цемента, плотности бетона и возраста. В раннем возрасте модуль упругости бетона сильно изменяется с напряжением в силу наличия больших пластических деформаций.

Читайте также: Расход грунтовка водно дисперсионная бирсс бетон контакт

Модуль упругости обычно определяли при 0,25. При определении модуля упругости при больших напряжениях порядка 0,5 получаются меньшие значения модуля упругости. Железобетонные конструкции рассчитывают с коэффициентом запаса 1,8-2, поэтому модуль упругости, определенный при 0,5, более отвечает условиям работы сооружения при эксплуатационной нагрузке.

Подсчитанные по ним значения прогибов лучше отвечают опытным данным, чем при 0,25; в последнем случае теоретические прогибы оказываются всегда меньше опытных. Приведены кривые модуля упругости по нормам 2003 г. и полученные из опыта для вибрированного бетона при 0,5. По данным Ивенса, модуль упругости бетона при изгибе уменьшается с увеличением пролета или высоты балки. Модуль упругости бетона при растяжении принимается 0,85 от модуля при сжатии.

По данным Шумана и Такера, модуль упругости при растяжении не соответствует пределу прочности при растяжении. Модуль упругости при растяжении по этим данным несколько меньше модуля упругости при сжатии. А именно: модуль упругости при растяжении колеблется в пределах 0,231-0,28 X 10, а при сжатии от 0,238 до 0,287×106.

По опытным данным, модуль упругости бетона при растяжении не отличается от модуля упругости при сжатии, установленного при напряжении в 0,5.