Любое твердое вещество способно без деформации выдерживать статическую нагрузку только до определенного предела, восстанавливая свою форму после снятия нагрузки. Бетон, набрав прочность, приобретает свойства твердого тела и тоже может деформироваться под влиянием прилагаемых сил. Для определения его прочности (упругости) экспериментально рассчитываются два показателя: на растяжение и на сжатие. Полученный в результате измерений результат получил название модуль упругости бетона или модуль Юнга (в честь английского физика Томаса Юнга).
Подавляющее большинство объектов строится на основе предварительно выполненных проектных работ, в которых отдельным пунктом размещены расчеты конструкций из бетона (и железобетона). Для этой работы требуется использовать показатель величины модуля упругости, точнее, два его значения:
- начальный – Eb;
- приведенный – Eb1.
Для определения величины модуля используется одна из единиц измерения давления по системе СИ под названием паскаль (Па) или Мегапаскаль (МПа). 1 Па примерно равен 0,1 мм ртутного столба, а 1 МПа примерно равен 10 атм. На значение модуля влияет не только величина прилагаемого давления, но и структура бетона. По результатам измерения модуля прочности бетону присваивается соответствующий класс, обозначаемый в маркировке литерой B и соответствующими цифрами. Зависимость класса бетона от значения модуля прочности представлена в таблицах 5.1, 5.2 и 5.3 в СП (Своде Правил) 52-101 от 2003 года, разработанных на основе требований СНиП 52-01 от 2003 года.
Данные для определения модуля упругости бетона
Строительные конструкции, создаваемые из бетона, выдерживают в процессе эксплуатации значительные нагрузки, так как этот материал может упруго деформироваться в случае внешнего воздействия. Предельная величина нагрузки, под воздействием которой бетон не разрушается, называется модулем упругости. Он подразделяется на статический модуль и динамический. Для определения величины модуля экспериментально рассчитываются следующие показатели:
- сопротивление осевому сжатию или призменная прочность;
- сопротивление осевому растяжению.
Расчеты выполняются на основе следующих данных:
- вида бетона (легкий или тяжелый, мелкозернстый или пористый);
- характеристик наполнителя (щебня);
- используемой технологии изготовления бетонной смеси и способа ее затвердевания (естественного, с тепловой обработкой или автоклавного);
- класса бетона;
- температуры окружающей среды.
Методы определения значения модуля упругости бетона
Значение модуля упругости определяют в лабораторных условиях, для чего используется два различных метода:
- механический, когда небольшую порцию бетонной смеси укладывают в специальную форму и оставляют на 28 суток для набора начальной прочности. Затем образец (в форме кубика) извлекают из формы и подвергают под прессом нагрузке, которую увеличивают до момента разрушения образца. По результатам измерений строится диаграмма и замеряется тангенс угла кривизны. Это и есть среднее значение модуля упругости;
- ультразвуковой неразрушающий, когда сравниваются скорость распространения ультразвука в предоставленном образце и в бетоне с заданными параметрами.
Более подробно познакомиться с методикой расчета модуля можно по ГОСТ 24452 от 1980 года, который так и называется: «Методы определения модуля упругости бетона».
Расчет модуля упругости бетона в ненормативной ситуации
На стройке еще иногда встречаются ситуации, когда необходимо срочно определить значение модуля упругости бетона, не обладая для этого необходимым инструментарием. Математические формулы чрезвычайно сложны и почти не поддающиеся запоминанию. Поэтому решение проблемы заключается в использовании данных из таблиц 12-14, размещенных на страницах СНиП 2.03.01-84.
Определение класса бетона по значению его модуля упругости
Для того, чтобы определить класс бетона при известном значении модуля его упругости, можно воспользоваться нормативными документами. Например, в СП 63.13320 от 2012 года размещена таблица 6.11, в которой по значению модуля упругости на растяжение и сжатие определяется класс бетона.
Пример зависимости класса бетона, который наиболее востребован в частном малоэтажном домостроении, от значения его модуля упругости:
- класс В10 – значение модуля 19,0 с МПа=194;
- класс В20 – значение модуля 27,5 с МПа=280;
- класс В25 – значение модуля 30,0 с МПа=306;
- класс В30 – значение модуля 32,5 с МПа=331.
Способы изменения значения модуля упругости бетона
У изготовителей бетона иногда возникает необходимость повысить или понизить модуль упругости бетона. Выполнить это возможно, если внести соответствующие изменения по следующим параметрам:
- поменять заполнитель с целью изменения его качественных показателей;
- внести поправки в пропорциональный состав компонентов бетонной смеси;
- применить материала высшего или низшего класса;
- сменить температурный режим приготовления бетона;
- работать при другой влажности окружающей среды;
- поменять условия, при которых бетон набирает прочность.
Например, бетон В15 после автоклавной обработки получает модуль, равный 17. Если же изготовить такой бетон с применением тепловой обработки, то значение его модуля повысится до 20,5.
Значимость модуля упругости для неосведомленного покупателя бетона
После знакомства с содержанием этой статьи, покупатель может более осознанно оформить заказ на приобретение бетона, так как знает, какими техническими характеристиками бетон должен обладать. Правильное определение модуля упругости и класса заказываемого объема бетона позволит не только сэкономить материальные ресурсы, но и использовать закупленный бетон для создания прочных и долговечных конструкций, в том числе и таких элементов, как фундамент или перекрытия.