Модуль упругости бетона: что это такое и как его правильно определить

Технологии строительства любых объектов требуют предварительных расчетов. Несущая способность грунтов, качество стройматериалов – ключевые характеристики в строительстве. Чтобы правильно подобрать нужную марку бетона, необходимо знать все его технические характеристики, одна из них – модуль упругости бетона. Например, модуль упругости бетона В25, позволяет использовать его в любых сферах строительства.

Что такое модуль упругости бетона

Модуль упругости бетона – показатель уровня упругой деформации материала под воздействием давления, силы и некоторых других внешних факторов. Существует специальная формула, по которой специалисты рассчитывают величину соотношения напряжения и модуля деформации бетона.

Понятие модуля упругости и единицы измерения

Понятие модуля упругости сводится к тому, что этот показатель демонстрирует начальную величину усилия, под воздействием которого в материале начинаются деформационные процессы, описываемые законом Гука. Этот закон звучит так: «абсолютное сжатие или растяжение равны приложенной силе умноженной на модуль упругости».

Показатель определяют под воздействием усилия, поэтому для модуля упругости выбрали одну из единиц давления – паскаль (Па). Как измеритель, паскаль единица мелкая, его применение неудобно, поэтому, в технической литературе чаще присутствует мегапаскаль (МПа).

Существуют определенные компьютерные программы (ЛИР, СКАД) для расчета железобетонных конструкций. В ЛИРе и СКАДе используется другая единица измерения модуля упругости – «тонна-сила, делённая на квадратный метр» (тс\м²). При необходимости, одну единицу измерения несложно перевести в другую.

Какие факторы определяют модуль упругости бетона В25 и бетонов других классов

В связи с тем, что модуль упругости бетона В25, как и всех других марок, получают опытным путём, то существует несколько факторов, которые его определяют. Модуль упругости, по-другому, называют модулем Юнга. На модуль Юнга, прямо влияет целый ряд факторов.

Заполнители

Модуль Юнга прямо пропорционально зависит от типа заполнителя и его плотности. Низкая плотность одного из основных составляющих бетона, делает модуль Юнга малым. Модуль прочности будет выше во много раз, если применить заполнитель большой плотности.

Класс бетона

На модуль упругости, класс бетона влияет напрямую – чем ниже класс бетона, тем ниже значения модуля при сжатии или растяжении. Есть таблица значений.

Температура и радиация

Высокая температура окружающего воздуха, или других материалов, в которые погружен бетон, увеличивает линейное расширение бетона. Оно, в свою очередь, приводит к увеличению пластичности, соответственно, к снижению модуля упругости.

Солнечная радиация вызывает в бетоне изменения, аналогичные температурным воздействиям. Под воздействием радиации, в бетоне начинают возникать процессы, связанные разрушением межмолекулярных связей. Поэтому, на заводах ЖБК и ЖБИ, применяют «железнение» поверхности бетона, как способ защиты от вредного воздействия солнечной радиации.

Интересно! Температуру воздуха, в значениях 20˚С и ниже, при расчетах модуля упругости не учитывают.

Влажность

К снижению модуля упругости приводит и высокая влажность бетона. Если внутри бетонной конструкции повышенное содержание водяных паров, то его модуль упругости, будет ниже, чем у сухого аналога. Влияние модуля упругости необходимо учитывать при проектировании бетонного монолитного фундамента.

Расположенный в земле, бетон постоянно находится в сырости и это нужно учитывать при проектировании фундамента, и составлении запроса на класс бетона, которым будет заливаться монолит.

Время приложения нагрузки

Продолжительность нахождения бетона под нагрузкой – чем дольше воздействует нагрузка, тем ниже модуль упругости. Во всех справочниках указывается начальный модуль деформации бетона, в дальнейшем показатели меняются. При расчетах с учетом длительности воздействия, необходимо учитывать тип заполнителя бетона. Чем меньше плотность заполнителя, тем меньше поправочный коэффициент.

1. Ячеистый пористый бетон – коэффициент 0,7.
2. Бетон с песком – 0,8.
3. Тяжелые бетоны – 0,85.

Поправочный коэффициент применяют для всех типов бетона.

Условия набора прочности

Технологические приёмы, используемые при изготовлении бетона, тоже влияют на его модуль упругости. Применение автоклавной сушки, или сушки повышенной температурой, немного снижает значения прочности.

Возраст бетона

Здесь нужно отметить, что бетон набирает свою полную прочность в течение всего срока эксплуатации. В строительстве, все расчеты ведутся на проектную прочность, поэтому, с увеличением срока эксплуатации, в небольших пропорциях растет и модуль упругости.

Армирование конструкций

Наличие пространственной арматурной решетки повышает способность бетонной конструкции противостоять деформирующим факторам, и увеличивает возможность воспринимать прилагаемые нагрузки.

Немаловажным фактором является то, что арматура периодического профиля, имеющая больший коэффициент сцепления, лучше подходит для увеличения модуля упругости, чем гладкого профиля.

Важно! Значение нормативного сопротивления нагрузке, для арматуры класса А6 выше, чем то же, для класса А1.

Модуль упругости бетона – таблица

Чтобы ускорить процесс подбора материала, все данные о модулях упругости, полученные лабораторным путем, сведены в таблицу.

Способы определения модуля

Модуль упругости бетона определяют по результатам эксперимента с образцом бетона. Бетонную болванку в виде цилиндра определённых размеров, помещают под гидравлический пресс и включают нагрузку. В то же время, по подключённым к прессу приборам, и по внешнему виду болванки определяют модуль упругости.

Другой способ позволяет измерить плотность бетона, а через него определить модуль упругости с помощью специального переносного прибора.

1. Устройство, называемое «молоток для контроля прочности бетона», прикладывается к бетону.
2. Работая, как электрический отбойный молоток, прибор, через специальный наконечник, наносит легкие удары по тому месту, к которому его приложили.
3. Через определённое время на экране прибора появляется значение тех характеристик бетона, которые заложены в программу устройства.

Программное обеспечение молотка позволяет хранить в памяти до 25-ти измерений.

Как определяется модуль упругости бетона В15, В25, В35

Модули упругости бетонов В15, В25, В35 определяются так же, как и для других марок. Однако, существует способ повышения модуля упругости для этих марок.

Минимальные значения модуля упругости у них будут, если провести их сушку в автоклавных устройствах. Применением сушки паром высокой температуры при атмосферном давлении, добиваются повышения модуля упругости на 20-25%.

Важно! Ещё большее значение этой величины можно получить, если применить естественную сушку бетона.

Рекомендации по определению модуля упругости

Существует ряд рекомендаций для вычисления модуля упругости.

1. Бетонные смеси должны соответствовать требованиям ГОСТ 7473.
2. Значения регламентируемых данных отпускной и передаточной прочности бетона сборных ЖБИ, устанавливают в технических условиях на эти изделия.
3. Минимальный класс бетона по прочности на сжатие для армированных изделий принимают по ГОСТ 13015.
4. Бетонные смеси для бетонов высокой морозостойкости следует следуют изготавливать с добавлением газообразующих добавок в размере не менее 4%.

Эти и другие рекомендации, которые закладывают в технические условия, помогают сделать ЖБИ с максимально возможным модулем упругости.

Другой рекомендацией при расчете модуля упругости бетона считается учёт коэффициента Пуассона – коэффициента поперечной деформации. Для бетона его принимают равным 0,2.

Подводя итог, можно сделать вывод о том, что модуль упругости является ключевым показателем при расчетах в строительстве. Однако, эта характеристика будет интересна скорее проектировщикам, чем непосредственно строителям. Для определения модуля упругости применяют как старинные, давно зарекомендовавшие себя с хорошей стороны, лабораторные методы, так и новые, более современные экспресс-способы.