Эластичный бетон: Эластичный бетон: характеристики и виды

Материал свой древние римляне называли греческим словом «emplekton» или латинским «rudus», вяжущее – «оpus caementum». Французский термин «бетон» появился лишь в 18 столетии.

Инновация профессора Ричарда Римана

Профессор Ричард Риман умудрился создать легкий и экологически чистый бетон, которому присущи свойства гидротермального жидкофазного уплотнения. Профессор утверждает, что он смог понизить углеродный след цемента/бетона до 70%, а в итоге даже не исключено поглощение углекислого газа. Но эта технология, как и все современные разработки, требует тщательного изучения, доработки, получения достоверных результатов проверок и т.д.

Секреты древнеримских технологий

Американские ученые несколько лет тому исследовали древнеримский оpus caementum, сравнивали с составом современного материала и отыскали причину крепости и прочности. В пуццолане содержится большой объем силиката алюминия (в современном бетоне его нет), который при замешивании с морской водой дает горячую химическую реакцию, в ходе которой в структуре раствора появляется минерал алюминий-тоберморит, он и отвечает за повышенную прочность.

Особенно актуально изучение этого химического процесса в морских строениях. Так, созданная по римским технологиям гавань Ирода Великого (Кесария, 1 в. до н.э., включает порт и комплекс защитных сооружений) две тысячи лет омывается постоянно морскими волнами, уходя частично под воду. И реакция с образованием Al-тоберморита в монолите постепенно идет годами, сотнями лет (возможно, и сегодня). Бетон портовых сооружений становится более прочным с каждым днем и неизвестно, сколько еще может простоять в будущем.

Римские строители применяли бетон в разных вариантах, они же стандартизировали состав смеси: нормировали технологии, изучили химический состав, соблюдали нормативы. И прочность бетонного монолита в зданиях, что построены сегодня, рассчитана на 100-120 лет максимум, а римские сооружения стоят уже 2000 лет и переживут еще и современные конструкции.

преимущества и недостатки, спецдобавки для материала

Бетон, который многие считают материалом очень надежными крепким, на самом деле очень хрупкий.

Во время его использования он ухудшает свои свойства, легко портится от различных внешних нагрузок.

Разработчики все время пытаются его усовершенствовать, чтобы получить материал, который будет одновременно и прочным, и пластичным.

Эластичное средство и его плюсы

Обычная бетонная смесь в своем составе содержит цемент, гравий, песок и воду.

Раствор из этих компонентов превращается в материал с высокой твердостью, но он имеет очень низкий уровень гибкости.

Если на него будут оказываться большие нагрузки, то бетон потрескается, а со временем просто разрушится.

Эластичный раствор по сравнению с первым, является легким материалом с высокой пластичностью. Во время эксплуатации не идут трещины, не образовываются пустоты, он не портится. Под сильным воздействие покрытие прогибается, при этом оставаясь целым.

Высокий уровень эластичности получается благодаря разным добавкам на основе полимеров, которые есть в составе.

Они придают эластичному раствору гибкость, кроме этого уровень сцепления между средствами и конструкцией повышается.

С такими дополнительными компонентами продлевается срок службы изделий из бетона, становятся лучше показатели прочности, уменьшается проницаемость влаги.

Специальные добавки в бетоне

Есть разные типы модификаторов, которые делают лучше параметры эластичных растворов бетона, а конкретно:

1. Пластификатор – улучшается прочность и упругость покрытий из бетона. Масса смеси становится меньше, поэтому и нагрузка на конструкцию становится меньше. Также водонепроницаемость становится лучше.
2. Добавки от защиты мороза – бетон быстрее твердеет, поэтому состав не промерзает, если температура невысокая. Свободная жидкость не замерзает с помощью таких компонентов, а испаряется, поэтому покрытие не портится.
3. Замедлители – с ними раствор схватывается быстрее, удобно использовать при долгой перевозке.
4. Ускорители – действую наоборот, отлично влияют на уровень прочности блоков из бетона.

Использование нескольких компонентов делает работу легче и ускоряет процесс проведения работ.

Сингапурские разработки гибкого бетона

Ученые из Наньянского технического института в своих лабораториях сделали новейший материал для строительства.

Они создали и уже провели тесты по новому современному раствору эластичного состава, который назвали КонФлексПаве.

Свою разработку они собираются использовать для создания покрытий на дорогах.

Данная смесь по прочности не хуже металлических изделий, эластичность превышает в два раза по сравнению с обычными растворами из цемента.

Главные плюсы такой новой разработки:

1. Из-за маленького веса материала, уменьшается нагрузка на основную конструкцию.
2. Нужно использовать мало рабочей силы и будет затрачено меньше времени на выполнение работ.
3. Дешевое техническое обслуживание.
4. Высокий уровень устойчивости к износу.
5. Высокий уровень гибкости.
6. Не скользит.
7. Не нужно использовать громадную арматуру.

Ученые сделали новые разработки во время исследования того, как между собой взаимодействуют компоненты на микроуровне. В составе такого материала есть микро волокно полимера и минерал с высокой твердостью.

Также в растворе есть определенные искусственные части, которые дают возможность покрытию быть эластичным изгибаться под сильным давлением.

Тонкие волокна одинаково делят нагрузку по всему основанию, а вот твердые компоненты дают такую структуру покрытия, на которой нет скольжения благодаря шероховатостям.

Само восстанавливающийся бетон

Есть еще одна новейшая разработка, которую сделали исследователи Нидерландов – это смесь, она может восстанавливаться самостоятельно.

В составе есть бактерии, которые продолжительный период времени могут жить в щелочи, даже если мало кислорода, воды. Питаются они лактатом кальция, который почти не меняет основные параметры эластичного бетонного раствора.

Главная фишка в том, что эти бактерии, которые в анабиозе, добавляются в смесь.

И если на покрытии где-то появилась щель, куда не попадает вода, бактерии начинают оживать и начинается процесс образования вещества на основе извести.

Это вещество соединяет нарушения в покрытии, после чего изначальный уровень эластичности бетонного раствора восстанавливается.

Эти две разработки еще дорабатываются и тестируются. Но ученые считают, что в ближайшее время эластичная смесь будет главной, которая будет применяться в строительстве разных объектов (дорог, мостов, разный строений).

Есть один большой минус – это высокая цена, если сравнивать с простыми растворами из цемента.

Но некоторые считают это и не серьезной проблемой, если учитывать, что этот материал будет иметь намного длительней срок службы, который полностью оправдает свою стоимость.

Самозалечивающийся эластичный бетон — КиберПедия

Задумка подобного материала была найдена у обычных ракушек. Дело в том, что раковины обогащены необходимым комплексом минералов, придающих им эластичность. Именно эти минералы и добавляются в состав бетона. Новый тип бетона невероятно эластичен, устойчивее к трещинам, да еще и на процентов 40-50 легче. Такой бетон не сломается даже при очень сильных изгибах. Даже землетрясения ему не страшны. Обширная сеть трещин после таких испытаний не скажется на его прочности. После снятия нагрузки бетон начнет процесс восстановления.

Как это происходит? Секрет очень прост. Обычная дождевая вода при реакции с бетоном и углекислым газом в атмосфере способствует образованию карбоната кальция в бетоне. Это вещество и скрепляет появившиеся трещины, «лечит» бетон. После снятия нагрузки восстановленный участок плиты будет обладать такой же прочностью, как и ранее. Такой бетон собираются внедрять при строительстве ответственных конструкций, например, мостов.

Бетон из углекислого газа, Канада

Канадская компания CarbonCure Technologies разработала инновационную технологию производства бетона путем связывания диоксида углерода. Эта технология уменьшит вредные выбросы и может совершить революцию в строительной отрасли.

Для производства бетонных блоков используется углекислый газ, выбрасываемый такими крупными предприятиями, как нефтеперерабатывающие заводы и заводы по производству удобрений.

Новая технология позволяет добиться тройного эффекта: бетон будет дешевле, прочнее и экологически безопаснее. Сто тысяч таких бетонных блоков смогут абсорбировать столько же углекислого газа, сколько усвоят за год сто взрослых деревьев.

Огнестойкие дома из соломы

Соломенные дома с использованием современных технологий строят во всём мире. Надёжные, тёплые, уютные, они прекрасно выдержали испытание и нашим климатом. Однако до сих пор современная технология строительства из прессованной соломы (на Западе её называют strawbale-house) у нас известна немногим. Она основана на лучших свойствах этого уникального естественного материала. В прессованном виде он становится отличным стройматериалом. Прессованную солому считают лучшим утеплителем. Соломенные стебли растений – трубчатые, полые. В них и между ними содержится воздух, который, как известно, отличается низкой теплопроводностью. В силу своей пористости солома обладает хорошими звукоизоляционными свойствами.

Кажется, что фраза «огнестойкий соломенный дом» звучит парадоксально. Но заштукатуренной стене из соломы огонь не страшен. Блоки, покрытые штукатуркой, выдерживают 2 часа воздействия открытого пламени. Соломенный блок, открытый только с одной стороны, не поддерживает горения. Плотность прессования тюка в 200–300 кг/куб. м также препятствует горению.

Дома из соломы строят в Америке, Европе, Китае. В США есть даже проект строительства соломенного небоскреба в 40 этажей. Самые же высокие дома из соломы сегодня – это пятиэтажные здания, которые скомбинированы с железобетонным и металлическим каркасом.

Самозалечивающийся эластичный бетон — презентация онлайн

1. Самозалечивающийся эластичный бетон

4. Особенности эластичного бетона

11. Paбoты пpoвoдить кpaйнe пpocтo, pacтвop пpигoтaвливaeтcя нa мecтe и paзмeшивaeтcя cтpoитeльным микcepoм. Bыcoчaйшaя

12. Данный строительный материал уже применялся при возведении крупных строительных объектов, к которым можно причислить мост над

13. У данного бетона нет деформаций ведущих к медленному разрушению. У гибкого бетона есть только один недостаток-цена(в три раза

Что такое эластичный цемент и когда его использовать

Источник

Эластичный цемент — это эластомерный состав, который можно использовать в качестве уплотнения на пересечении различных элементов вашей кровельной системы, и он будет препятствовать проникновению воды.

Он спроектирован так, чтобы быть особенно гибким, поэтому он будет поглощать движение вашего здания, а также используется для ямочного ремонта при ремонте. Это тяжелый состав, который можно наносить кистью или шпателем. Он разработан таким образом, чтобы быть прочным, долговечным и гибким.

Для большей прочности и гибкости вы можете использовать его с полиэфирной тканью, используя метод трех слоев. Эластичный цемент разработан, чтобы выдерживать нагрузки и противостоять различным свойствам расширения.

Вы, вероятно, думаете о крыше вашего здания как о довольно статичной системе. В конце концов, у вас установлена ​​крыша, ваш менеджер предприятия, вероятно, периодически поднимается на крышу, чтобы убедиться, что все в порядке, а в противном случае вы не думаете об этом.

По правде говоря, ваша крыша в буквальном смысле постоянно двигается. Изо дня в день подвергаясь воздействию жары и солнца, дождя, снега и отрицательных температур, все элементы, из которых состоит ваша кровельная система, от мембран до гидроизоляции, расширяются и сжимаются, вызывая медленный износ. , однослойные мембраны, гравийный балласт, кровельные покрытия, отливы и проходки — это материалы, из которых состоит ваша кровельная система, а эластичный цемент — это гибкое уплотнение, которое перемещается вместе с ним.

Зачем использовать эластичный цемент?

Качественный эластичный цемент — ключевой компонент для поддержания кровли в хорошем состоянии. Помимо того, что он прочнее и гибче, чем стандартный пластиковый кровельный цемент, он негорючий, на водной основе и долговечен. Белый эластичный цемент устойчив к ультрафиолетовому излучению и имеет 10-летнюю гарантию.

Когда вы используете эластичный цемент?

Такие продукты, как эластичный цемент № 800 Western Colloid, можно безопасно использовать с большинством продуктов без использования грунтовки.Его можно использовать в различных сценариях и на протяжении всего срока службы крыши, от установки до ремонта, ежегодного обслуживания, замены или повторного покрытия.

Это отличное решение даже в экстренных ситуациях, если вам нужно быстро исправить ситуацию, прежде чем можно будет приступить к более крупному ремонту. Как водорастворимый продукт, он прост в использовании, не имеет запаха и легко очищается после нанесения.

Новые крыши

Независимо от того, какой у вас тип крыши, эластичный цемент — отличный продукт, который нужно иметь под рукой, чтобы убедиться, что все компоненты герметичны и водонепроницаемы.Эластичный цемент можно использовать для усиления швов и стыков, особенно вокруг бордюров, оконных проемов, вытяжек с крыш и оборудования HVAC.

Если вы устанавливаете систему, на которую распространяется гарантия производителя, вы всегда должны использовать продукты, рекомендованные производителем, чтобы гарантировать хорошую репутацию.

Ремонт и обслуживание крыш

Для ремонта и технического обслуживания эластичный цемент — отличный выбор для увеличения общего срока службы вашей кровельной системы.В рамках вашей регулярной программы осмотра кровли вы хотите, чтобы персонал вашего предприятия выявлял и устранял любые потенциальные слабые места в вашей кровельной системе и устранял их до того, как они будут настолько повреждены, что не начнут пропускать воду в ваше здание.

Эластичный цемент можно использовать для ремонта поврежденных участков в области кровли, герметизации вокруг высыпаний и проходов или для усиления швов. Эластичный цемент, используемый вместе с полиэфирной тканью, делает ремонт еще более прочным и гибким, особенно на швах.

Для металлических крыш эластичный цемент также является отличным выбором для герметизации швов, отливов и шурупов. И его можно использовать для ремонта крыш домов на колесах, трейлеров и автомобилей для отдыха.

Plus, эластичный цемент, обладает отличной адгезией и может использоваться для ремонта штукатурки, кирпичной кладки или компенсационных швов в бетонных стенах.

# 800 Elastic Cement — хороший универсальный герметик и ремонтный состав для нескольких различных элементов вашего здания. Доступен как в белом, так и в черном цвете.Белый — это, конечно, самый популярный цвет для белой прохладной крыши. Для укладки, выполняемой в более прохладную погоду, темный цвет будет способствовать более быстрому высыханию и должен быть покрыт акриловым покрытием хорошего качества, например # 720 ARC ElastaHyde.

Такой продукт, как All Weather Elastic Cement # 8000, представляет собой специальный состав, позволяющий наносить его во влажных условиях или даже под водой. Если у вас есть активная утечка, All Weather Elastic Cement # 8000 — отличный продукт, который нужно иметь под рукой.Это также хороший продукт, который нужно иметь под рукой в ​​дождливые или снежные дни.

И это может быть очень удобно при аварийном ремонте в плохую погоду, так как это поможет вам выиграть время и предотвратить дальнейшее повреждение водой.

Замена крыши и повторное покрытие

Часто замена крыши не предполагает полного удаления существующей кровельной системы. Многие строительные нормы и правила допускают установку новой крыши поверх существующей при условии, что здание конструктивно способно поддерживать вторую систему.В качестве альтернативы многие владельцы и операторы зданий выбирают кровельное покрытие, такое как система FARR, для создания прочной водонепроницаемой крыши над существующей.

Еще одно преимущество системы FARR состоит в том, что, в отличие от большинства вариантов замены крыши, она может применяться к двум существующим системам крыши в большинстве юрисдикций.

Перед установкой новой системы кровельного покрытия необходимо отремонтировать повреждение существующей крыши с помощью эластичного цемента. Хотя новая крыша будет жесткой и не пропускать воду, перед применением новой системы необходимо убедиться, что существующая крыша находится в как можно более хорошем состоянии.Это дает вашей новой кровельной системе избыточность, которая продлит ее срок службы.

Подрядчики должны очистить и обработать все детали, такие как водостоки, шпатлевка, проходы, бордюры и поврежденные участки существующей крыши, используя при необходимости эластичный цемент и полиэфирную арматуру, и обеспечить им достаточно времени для отверждения. Как только детали будут рассмотрены, можно будет применить новую крышу или систему кровельного покрытия, и вы можете быть уверены, что ваша крыша будет противостоять элементам в течение многих лет.

Используйте эластичный цемент для вашего следующего проекта

С приближением зимы или сезона дождей убедитесь, что ваша крыша находится в хорошем состоянии, и проведите необходимый ремонт до того, как погода изменится. Благодаря своим долговечным качествам он является разумной частью вашей годовой программы технического обслуживания. Чтобы узнать больше об эластичном цементе № 800 или всепогодном эластичном цементе № 8000 и его использовании, посетите веб-сайт Western Colloid.

Колючки морских ежей создают упругий бетон | Исследования

Ключевой ингредиент цемента можно сделать более эластичным и устойчивым к трещинам, придав ему структуру, имитирующую наноархитектуру шипов морского ежа.

Гидрат силиката кальция (CSH) придает бетону прочность на сжатие, что делает его наиболее используемым строительным материалом, созданным человеком в мире. Но из-за того, что он хрупкий, ему не хватает прочности на изгиб, поэтому он ослабевает и ломается, если что-то заставляет его изгибаться. Стальные стержни обычно используются для повышения гибкости бетона, но они дороги и подвержены коррозии. Ученые и раньше искали наноразмерные решения, вставляя мягкую материю в CSH, чтобы получить более эластичный материал, но конечные наноструктуры оставались нерегулярными, что ограничивало их потенциал изгиба.

Теперь Хельмут Кёльфен из Университета Констанца, Германия, и его коллеги создали CSH с высокоупорядоченной наноструктурой на основе своей предыдущей работы по структуре шипов морского ежа. «Природа использует чрезвычайно сложные принципы строительства для создания биоминералов, которые демонстрируют выдающиеся свойства», — говорит Кёльфен.

Колючки морских ежей сделаны из твердого, но хрупкого кальцита — по сути, мела — который обычно легко ломается. Но кальцит в морских ежах очень сильный, потому что он мезокристаллический; то есть, он обычно упорядочен как ряды кирпичей, в то время как тонкие аморфные слои между ними действуют как податливый раствор, предотвращающий развитие трещин.

Вдохновленный этой схемой, команда сделала коллоидную суспензию частиц CSH, добавив хлорид кальция к раствору силиката натрия в присутствии сополимера полиакриловой кислоты. Обычно частицы CSH хотят беспорядочно слипаться вместе, но полимер предотвращает это и обеспечивает равномерное диспергирование. Затем они разработали два метода для контроля и запуска частиц CSH для самоорганизации в мезокристаллы: один требовал корректировки pH, а другой включал изменение отношения полимера к CSH в коллоиде.

Визуализация мезокристаллов показала, что пластинки CSH выстроены по типу кирпича, в то время как полимер действует как связующий раствор. Чтобы проверить эластичность материала, команда исследователей прессовала квадрат мезокристалла размером 3 мкм с помощью микроманипулятора под электронным микроскопом, обнаружив предел прочности на изгиб почти 200 мегапаскалей, что недалеко от прочности стали на изгиб 250 МПа.

«Эти результаты представляют собой замечательный шаг в этой области и элегантное использование природы как источника вдохновения для создания новых материалов с нетрадиционными свойствами», — комментирует Филипе Наталио, который исследует биовдохновленные материалы в Институте науки Вейцмана, Израиль.«Цемент существует уже около 2000 лет, и с тех пор, как его начали применять римляне, мало что изменилось. Гибкий цемент сам по себе является новинкой и очень интересен ».

Cölfen надеется, что если производство будет увеличено, CSH можно будет использовать для производства строительных материалов высшего качества. «В регионах с землетрясениями этот материал может быть очень полезным, поскольку он демонстрирует упругую деформацию. Это означает, что конструкция будет трястись, но не сломаться ».

Однако он признает, что до коммерциализации еще далеко. Этот метод дает лишь небольшой выход из-за быстрого высыхания, в то время как требуемые полимеры делают материал дорогостоящим. Он предполагает, что исследования в области масштабирования, позволяющие избежать быстрого высыхания, а также подходы, в которых используются более дешевые полимерные альтернативы или меньшее количество полимеров, могут предложить решения.

Модуль упругости бетона — определение и важность при проектировании

Модуль упругости бетона (Ec) определяется как отношение приложенного напряжения к соответствующей деформации.Он не только демонстрирует способность бетона противостоять деформации из-за приложенного напряжения, но и его жесткость. Другими словами, он отражает способность бетона упруго отклоняться. Модуль упругости бетона зависит от пропорций заполнителя и смеси в бетоне.

При проектировании бетонных конструкций очень важен модуль упругости, который требует определения. Линейный расчет элементов, основанный на теории упругости, используется в некоторых случаях для удовлетворения требований предельного состояния по прочности и пригодности к эксплуатации, например, при проектировании предварительно напряженных бетонных конструкций.

Общие применимые нормы по всему миру, такие как Кодекс ACI, Европейский Кодекс, Британские стандарты, Канадская ассоциация стандартов и Индийский стандарт, предоставили формулу для расчета модуля упругости бетона.

Расчет модуля упругости бетона

Расчет модуля упругости бетона с использованием уравнений различных кодов представлен ниже:

1. Модуль упругости на основе ACI 318-14

Согласно ACI 318-14 раздел 19.2.2 модуль упругости бетона оценивается следующим образом:

Для бетона удельный вес (wc) колеблется от 1440 до 2560 кг на кубический метр.

Для бетона с нормальным весом:

2. Модуль упругости на основе CSA

Модуль упругости для бетона с нормальным весом согласно Канадской ассоциации стандартов (CSA A23. 3):

Для высокопрочного бетона:

3. Модуль упругости согласно EC

Модуль упругости бетона по Еврокоду можно оценить с помощью следующего выражения:

Где,

Ecm: средний модуль упругости

фут · см: средняя прочность бетона на сжатие через 28 дней в соответствии с таблицей 3.1 BS EN 1992-1-1: 2004

4. Модуль упругости согласно британскому стандарту

Значение модуля упругости при 28-дневном возрасте бетона приведено в BS 8110: Часть II 1985:

Где:

ko: составляет 20 кН на квадратный миллиметр для нормального бетона

fcu, 28: прочность бетона на сжатие через 28 дней.

5. Модуль упругости на основе IS 456

Модуль упругости бетона по индийскому стандарту можно рассчитать, используя следующее выражение:

Очень важно определить модуль упругости бетона при проектировании бетонной конструкции.Линейный анализ элементов, основанный на теории упругости, используется для удовлетворения требований предельного состояния как по пределу прочности, так и по эксплуатационной пригодности, например, в случае предварительно напряженного бетона, который демонстрирует сечение без трещин вплоть до разрушения.

В дополнение к вычислению прогибов, которые должны быть ограничены в соответствии с требованиями эксплуатационной пригодности для всех конструкций. Наконец, знание модуля упругости высокопрочного бетона очень важно для предотвращения чрезмерной деформации, обеспечения удовлетворительной работоспособности и избегания наиболее экономичных конструкций.

Высокоэффективный модуль упругости бетона

Разработка бетона с высокими эксплуатационными характеристиками года. Много десятилетий назад бетон с прочностью на сжатие 5000 psi считался высокой прочностью. В настоящее время прочность на сжатие составляет приближается к 20 000 фунтов на квадратный дюйм. Высокопрочный бетон преимущественно используется в колонны многоэтажных домов.Он также используется в мостовых балках, морские буровые конструкции и плотины.

Модуль упругости — очень важное механическое свойство конкретный. Чем выше значение модуля, тем жестче материал. является. Таким образом, сравнивая бетон с высокими эксплуатационными характеристиками с бетоном нормальной прочности, видно, что модуль упругости для бетона с высокими эксплуатационными характеристиками будет быть выше, тем самым делая бетон более жестким. Жесткость — это желаемое свойство для бетона, потому что прогиб конструкции может стаж уменьшится.Однако деформации, такие как ползучесть, повышение прочности бетона (Невилл 608).

Модуль упругости бетона обычно рассчитывается из испытание бетонного образца на прочность при сжатии. Из этих испытаний на прочность, напряжения и деформации измеряются и наносятся на график. Соотношение стрессов от деформации на этих диаграммах называется модулем упругости, E. Поскольку бетон обычно не действует линейно упруго, на диаграмме зависимости напряжения от деформации нет участка, где крюки закон может применяться для определения модуля упругости.

s = Ee Hookes Закон

(где s = напряжение, e = напряжение)

Следовательно, несколько методов используются для определения значения модуля упругости по напряжению по сравнению с диаграмма деформации. Также есть несколько уравнений которые были разработаны для вычисления значения модуля упругости после определения прочности на сжатие испытательного цилиндра.

Следующие параметры могут влиять на значение, полученное для модуля упругости. эластичности:

Информация собрана Деборой Сипикс.

Список литературы

Модуль упругости — American Concrete

Статический модуль упругости

Немногие темы могут вызвать больше споров среди специалистов по высокопрочному бетону, чем модуль упругости. Хотя принято рассматривать модуль упругости бетона как отдельное свойство бетона, на самом деле бетон имеет два модуля упругости — модуль упругости пасты и модуль упругости заполнителя.На границе между двумя материалами находится межфазная переходная зона паста-заполнитель, возможно, самый важный фактор, влияющий на механические свойства высокопрочного бетона.

Рисунок 4.1 Типичное соотношение напряжения и деформации для бетона высокой, средней и обычной прочности.

Хотя бетон не считается абсолютно линейно-упругим материалом, закон упругости Гука применим к конструкционным бетонам для диапазона деформаций, обычно используемых в расчетах конструкции.Модуль упругости (модуль Юнга) — одно из важнейших механических свойств бетона. Модуль упругости определяется как отношение нормального напряжения к соответствующей деформации для растягивающих или сжимающих напряжений ниже пропорционального предела материала. Это ключевой фактор, влияющий на конструктивные характеристики железобетонных конструкций, и особенно важный параметр проектирования при прогнозировании деформации высотных зданий.

Модуль упругости бетона в значительной степени определяется свойствами крупного заполнителя.Увеличение размера крупных заполнителей или использование более жестких крупных заполнителей с более высоким модулем упругости увеличивает модуль упругости бетона. Поскольку бетон представляет собой композитный материал, состоящий из пасты и заполнителя, модуль упругости бетона при сжатии тесно связан с механическими свойствами пасты относительно этого модуля.

Рис. 4.2 По мере увеличения прочности на сжатие разрушение приобретает все более взрывоопасный характер. . Любезно предоставлено CTLGroup.

частиц заполнителя. Следует отметить, что, хотя более жесткие или более плотные заполнители улучшают модуль упругости бетона, они также способны создавать концентрации напряжений в переходной зоне и последующие микротрещины на стыках стыков, тем самым снижая предельную прочность бетона на сжатие.

По мере приближения модулей упругости частиц пасты и заполнителя друг к другу получаемый бетон имеет тенденцию демонстрировать более линейную зависимость напряжения от деформации и повышенную хрупкость (Neville, 1997).Обсуждаются две модели, представляющие две границы поведения композитных материалов (Hansen, 1958). Первая модель, идеальный композитный твердый материал, имеет частицы наполнителя с низким модулем упругости, связанные вместе упругой фазовой матрицей, имеющей высокий модуль упругости. Вторая модель, идеальный композитный мягкий материал, имеет частицы наполнителя с высоким модулем упругости, связанные вместе упругой фазовой матрицей, имеющей низкий модуль упругости. Из двух идеализированных моделей высокопрочные бетоны больше подошли бы к первой модели, тогда как бетоны с обычной прочностью больше подошли бы ко второй.

Существенная разница в поведении высокопрочных бетонов по отношению к начальной прочности заключается в соотношении прочности на сжатие и других механических свойств. Обычно прочность на сжатие увеличивается быстрее, чем прочность связи в межфазной переходной зоне. Это приведет к пропорциональным различиям в модуле упругости и прочности на разрыв в раннем и более позднем возрасте. Следовательно, нельзя ожидать, что пропорциональность механических свойств прочности на сжатие в более позднем возрасте (28 дней или позже) высокопрочного бетона будет применяться, как это происходит с бетоном с обычной прочностью.

Майерс (1999) исследовал различные методологии увеличения модуля упругости. Более высокие значения модуля упругости обычно достигаются при использовании крупнозернистых заполнителей, размер которых превышает размер, обеспечивающий оптимальную прочность на сжатие. Заполнитель большего размера позволяет использовать более крупные объемы грубого заполнителя, ключевой параметр модуля упругости, без ущерба для удобоукладываемости, которая может пострадать при использовании аналогичных объемов заполнителя небольшого размера. В таких случаях становятся необходимыми компромиссы для достижения приемлемых механических характеристик.Заполнитель большего размера, хотя и обеспечивает более низкую прочность на сжатие, может обеспечить более высокий модуль упругости. Бетоны с чрезвычайно высоким модулем упругости были произведены с использованием больших объемов жесткого грубого заполнителя, связанного с плотной пастой с низким отношением W / B.

Модуль упругости бетона обычной прочности обычно увеличивается пропорционально корню квадратному из прочности на сжатие. Хотя было предложено множество эмпирических уравнений для прогнозирования модуля упругости, немногие уравнения предсказывают модуль упругости высокопрочного бетона так же точно, как и для обычного прочного бетона.Комитет 363 ACI сообщает, что следующее уравнение в целом оказалось надежным выражением нижней границы для высокопрочного бетона нормальной плотности на основе большинства собранных данных о высокопрочном бетоне:

Ec = 40000 (fc ‘) 0-5 + 1000000 (для 3000 psi

Однако, основываясь на недавних исследованиях (Gross and Burns, 1999; Myers and Carrasquillo, 1999), Комитет предупреждает, что при использовании этого выражения могут иметь место значительные недооценки.Измеренный модуль упругости очень чувствителен к влажности испытуемого образца. Считается, что это связано с эффектом высыхания в межфазной переходной зоне. Для данного бетона модуль упругости образцов, испытанных во влажном состоянии, примерно на 15 процентов выше, чем у образцов, испытанных в сухом состоянии.

Исследователи из Исследовательского комитета по высокопрочному бетону Архитектурного института Японии (AIJ) выполнили множественный регрессионный анализ более 3000 данных, где прочность на сжатие и удельный вес

(плотность) были взяты в качестве независимых переменных, а модуль упругости — в качестве целевой переменной (Tomosawa and Noguchi, 1995).Прочность на сжатие исследованных бетонов нормальной плотности составляла от 20 до 160 МПа (от 3000 до 23000 фунтов на квадратный дюйм). По результатам было предложено следующее уравнение:

E = k1 * k2 * 3,35 * 104 * (7 / 2,4) 2 * (aB / 60) 1/3

где, k1 = поправочный коэффициент для крупного заполнителя, k2 = поправочный коэффициент для минеральной примеси 7 = удельный вес (плотность), кг / м3 ctb = измеренная прочность на сжатие, МПа.

На рисунках 4.3a и 4.3b представлены измеренные модули упругости для шести коммерчески доступных высокопрочных бетонов, исследованных Бургом и Остом (1992).В целом, измеренный модуль упругости находится между значениями, предсказанными уравнениями ACI 318 и ACI 363. На рис. 4.4 показаны 91-дневные результаты для цилиндрических образцов, отвержденных в различных условиях.

Рис. 4.3a (единицы СИ). Измеренный модуль упругости через 28, 91 и 426 дней из Burg and Ost (1992) для цилиндров влажного отверждения 150 х 300 мм.

Рис. 4.3b (единицы дюйм-фунт) Измеренный модуль упругости через 28, 91 и 426 дней от Burg and Ost (1992) для цилиндров 6 X 12, отвержденных влажным способом.’i’i lily mcncutie

Рис. 4.4. Измеренный модуль упругости через 91 день от Burg and Ost (1992) для цилиндрических образцов разного размера, отвержденных в различных условиях.

Номинальный максимальный размер заполнителя, используемый в смесях. 1-5 составляли 12 мм (% дюймов) и 25 мм (1 дюйм) в смеси № 6. Смеси 1-5 содержали 1068 кг / м3 (1800 фунтов / ярд3) измельченного доломитового известняка. Смесь 6 содержала 1121 кг / м3 (1890 фунтов / ярд3).

В настоящее время нет единого мнения относительно применимости одной универсальной методологии, которая могла бы точно предсказать модуль упругости высокопрочного бетона.Для конструкций, требующих точного знания модуля упругости, прямое измерение с использованием местных материалов и смесей по-прежнему является лучшим подходом. Модуль упругости следует определять как можно раньше на этапе проектирования; либо с помощью программы оценки полевых испытаний, либо на основе ранее задокументированных данных о производительности в полевых условиях.

Динамический модуль упругости

Информации о динамическом модуле высокопрочного бетона мало.Как отмечает Zia et al. (1997), измерение динамического модуля соответствует очень небольшой мгновенной деформации. Разница между статическим и динамическим модулями частично объясняется тем, что неоднородность бетона влияет на каждый по-разному. Для бетонов с низкой, средней и высокой прочностью динамический модуль обычно на 40 процентов, 30 процентов и 20 процентов соответственно выше, чем статический модуль упругости (Mehta, 1986). Nilsen и Ai’tcin (1992) использовали тест скорости импульса для прогнозирования статического модуля упругости высокопрочного бетона.

Читать здесь: Коэффициент Пуассона

Была ли эта статья полезной?

Эластичная совместимость и поведение бетона

Название: Упругая совместимость и поведение бетона

Автор (ы): Т. В. Бремнер, Т. А. Холм

Публикация: Journal Proceedings

Объем: 83

Выпуск: 2

Отображается на страницах: 244-250

Ключевые слова: агрегаты; бетоны; упругие свойства; легкие заполнители бетоны; легкие заполнители; микротрещины; модуль упругости; жесткость; сила; концентрация стресса.

Дата: 01.03.1986

Реферат:
Бетон считается композитом из твердых частиц, в котором крупный заполнитель действует как сферическое включение в бесконечной матрице раствора. Уравнения, разработанные Гудье, используются для расчета напряжений, возникающих внутри и вокруг включений заполнителя. В случае обычного бетона на границе раздела возникают большие напряжения в результате большой разницы в модулях упругости между заполнителем и матрицей.В конструкционном легком бетоне модуль упругости включения (расширенного заполнителя) аналогичен модулю упругости матрицы, что приводит к значительно более низким концентрациям напряжений, возникающих на границе раздела заполнитель-матрица. Упруго подобранные компоненты приведут к более низким уровням напряжения на границе раздела и меньшему образованию микротрещин. Доказательства представлены в поддержку точки зрения, что более равномерное распределение напряжения в легком бетоне будет компенсировать более низкую прочность частиц расширенного заполнителя.Показано, что включение увлеченного воздуха способствует упругому рассогласованию в обычном бетоне, поскольку увеличивает разницу в жесткости между включением и матрицей. В случае конструкционных легких бетонов увлеченный воздух снижает жесткость матрицы раствора так, что она приближается к жесткости расширенных заполнителей, что приводит к более равномерному распределению напряжений. В точке упругой совместимости двух фаз внешняя нагрузка будет развивать коэффициент концентрации напряжений, приближающийся к единице, а напряжение на границе раздела, перпендикулярное направлению приложенной нагрузки, будет приближаться к нулю.В дополнение к эффективному развитию прочности, уменьшение микротрещин должно существенно снизить попадание воды и хлоридов в бетон, поскольку пути легкого течения сводятся к минимуму.

исследователей находят вдохновение в морских ежах для изготовления эластичного бетона

Бетон считается наиболее широко используемым в мире строительным материалом, созданным человеком, во многом благодаря его прочности на сжатие, обеспечиваемой его компонентом гидрата силиката кальция (CSH). Но мы знаем, что для того, чтобы бетон мог выдерживать нагрузки, он должен обладать прочностью стали на изгиб и растяжение для образования железобетона. Только после того, как они будут объединены для создания прочных конструкций.

Но проблема в том, что стальные стержни или арматурные стержни часто дороги, подвержены коррозии и значительно трудны для транспортировки. Для этого исследователи ищут альтернативы.

Предыдущие попытки включают введение мягкого вещества в CSH для получения более эластичного материала.Но это закончилось тем, что наноструктуры неправильной формы стали причиной слабой прочности на изгиб.

Теперь ученые заглянули в природу в поисках еще одной попытки.

«Природа использует чрезвычайно сложные принципы строительства для создания биоминералов, которые демонстрируют выдающиеся свойства», — говорит Хельмут Кёльфен из Университета Констанца в Германии. Он и его команда смогли использовать свою предыдущую работу по структуре шипов морского ежа для получения CSH с высокоупорядоченной наноструктурой, в отличие от предыдущих попыток.

Исследование основано на составе игл морского ежа, представляющих собой мезокристаллические кальциты. Хотя они представляют собой твердый, но хрупкий кальцит, они приобретают прочность за счет тонких аморфных слоев между регулярными рядами, таких как ряды кирпичей, действуя как податливый раствор, предотвращающий образование трещин.

Википедия

Опираясь на такое естественное явление, команда скопировала расположение и сделала коллоидную суспензию частиц CSH. Кёльфен и его коллеги добавили хлорид кальция к раствору силиката натрия с сополимером полиакриловой кислоты.Роль полимера заключается в предотвращении естественного комкования частиц CSH, а также в обеспечении равномерного распределения коллоида.

Чтобы контролировать и инициировать самосборку частиц CSH в мезокристаллы, они испробовали два метода, которые включают корректировку pH и отношения полимера к CSH в коллоиде.