Главной характеристикой, определяющей прочность бетона, является коэффициент его упругости. Он важен для профессиональных проектировщиков, которые проводят расчеты нагрузочных способностей бетонных конструкций.

Железобетонные строительные конструкции постоянно испытывают большие нагрузки. Это необходимо учитывать еще на этапе их планирования. Поэтому технологами была разработана система придания бетону способности упруго деформироваться под воздействием таких факторов, как давление и сила. Величина, характеризующая данный показатель, получила название модуль упругости бетона.

Модуль упругости бетона — это коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и соответствующей ему относительной продольной упругомгновенной деформацией при σ1=0,3Rпр при осевом сжатии образцов. (ГОСТ 24452-80 Бетоны, Rпр — призменная прочность бетона)

Значение начального модуля упругости тяжелого бетона при сжатии и растяжении приведено в СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.

Таблица

Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении Eb, МПа · 10-3, согласно таблицы 6.11 п.6.1.15 СП 63.13330.2018 для тяжелого бетона
B10	B15	B20	B25	B30	B35	B40	B45	B50	B55	B60	B80
19,0	24,0	27,5	30,0	32,5	34,5	36,0	37,0	38,0	39,0	39,5	42,0

Значения в МПа
B10	B12,5	B15	B20	B25	B30	B35	B40	B45	B50	B55	B60	B80
19 000	21 500	24 000	27 500	3 000	32 500	34 500	36 000	37 000	38 000	39 000	39 500	42 000

Модули упругости бетона при сжатии и растяжении Eb, МПа · 10-3 согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)
Классы по прочности на сжатие	В3,5	В5	В7,5	В10	В12,5	В15	В20	В25	В30	В35	В40	В45	В50	В55	В60
Характеристики бетона
Тяжелые бетоны
Естественное твердение	9,5	13	16	18	21	23	27	30	32,5	34,5	36	37,5	39	39,5	40
Тепловая обработка при атмосферном давлении	8,5	11,5	14,5	16	19	20,5	24	27	29	31	32,5	34	35	35,5	36
Автоклавная обработка	7	10	12	13,5	16	17	20	22,5	24,5	26	27	28	29	29,5	30
Мелкозернистые
Естественное твердение, А-группа	7	10	13,5	15,5	17,5	19,5	22	24	26	27,5	28,5	-	-	-	-
Тепловая обработка при атмосферном давлении	6,5	9	12,5	14	15,5	17	20	21,5	23	-	-	-	-	-	-
Естественное твердение, Б-группа	6,5	9	12,5	14	15,5	17	20	21,5	23	-	-	-	-	-	-
Автоклавная теплообработка	5,5	8	11,5	13	14,5	15,5	17,5	19	20,5	-	-	-	-	-	-
Автоклавное твердение, В-группа	-	-	-	-	-	16,5	18	19,5	21	21	22	23	24	24,5	25
Легкие и поризованные
Марка средней плотности,
800	4,5	5,0	5,5	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1000	5,5	6,3	7,2	8	8,4	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1200	6,7	7,6	8,7	9,5	10	10,5	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1400	7,8	8,8	10	11	11,7	12,5	13,5	14,5	15,5	-	-	-	-	-	-
1600	9	10	11,5	12,5	13,2	14	15,5	16,5	17,5	18	-	-	-	-	-
1800	-	11,2	13	14	14,7	15,5	17	18,5	19,5	20,5	21	-	-	-	-
2000	-	-	14,5	16	17	18	19,5	21	22	23	23,5	-	-	-	-
Ячеистые автоклавного твердения
Марка средней плотности, D
700	2,9	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
800	3,4	4	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
900	3,8	4,5	5,5	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1000	-	6	7	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1100	-	6,8	7,9	8,3	8,6	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1200	-		8,4	8,8	9,3	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Определение упругости и единицы измерения

В литературе для профессионалов параметр упругости принято обозначать буквой Е. На его величину влияет действующая нагрузка и структура бетона. За единицу измерения взят паскаль, поскольку напряжение, вызванное в опытном образце действующей на него силой, измеряется в паскалях. На модуль упругости В20 и других видов влияет технология производства, в частности способ твердения: естественный, автоклавный или тепловой обработки. Важную роль играют эксплуатационные характеристики материала.

Поэтому такой показатель, как упругость не одинаковый у одного класса. Например, если рассматривать ячеистые или тяжелые материалы, имеющие одно и то же значение прочности на м2, то величины их модулей будут разные.

От чего зависит упругость бетона

1. СОСТАВ. Бетон с более высоким модулем упругости подвергается меньшей относительной деформации. Значительную роль в этом играет качество цементного камня и наполнителя – двух компонентов, из которых и состоит бетон. И раствор, и заполнитель берут на себя всю нагрузку. При анализе зависимости модуля упругости бетона от модуля упругости его составляющих, исследователи выяснили, что прочность заполнителя не всегда задействуется для улучшения характеристик готового материала, а вот показатель упругости оказывает значительное влияние.

2. КЛАСС. Начальный модуль упругости бетона при сжатии и расширении зависит от класса изделия по прочности на сжатие. Эта зависимость устанавливается путем применения эмпирических формул, поэтому для практических целей проще всего получать информацию из готовой таблицы. Даже без сложных математических расчетов можно заметить, что модуль упругости увеличивается пропорционально прочности материала. Другими словами, чем выше класс, тем больше модуль упругости бетона. Так, у бетона класса В10 величина упругости равна 19, а у В30 она составляет 32,5, т. е. бетон В30 является более устойчивым к относительным деформациям по сравнению с В10.

Расчет модуля упругости

Когда речь идет о модуле упругости, принимают во внимание оба его варианта – динамический и статический. У первого значение выше и определяется в ходе вибрации образца.

Статический модуль, помимо основной информации, предоставляет данные о такой характеристике, как ползучесть бетона – динамика образования деформаций при постоянной нагрузке.



При расчетах учитывают тождество модулей упругости материала как на растяжение, так и на сжатие. Если материал не имеет армирования, то он не способен к растяжению. Замечено, что если напряжение составляет 0,2 и более максимальной прочности бетона, происходят остаточные деформации. Это приводит к тому, что при сцеплении раствора и наполнителей возникают микротрещины, а это становится причиной крошения и в конечном итоге разрушения.

Во время эксперимента образец подвергают непрерывной нагрузке, имеющей тенденцию к возрастанию, до полного разрушения. Для этого используют особое оборудование – нагружающие установки. В диаграмму вносят данные, показывающие влияние нагрузок на степень деформаций. На завершающем этапе производится расчет среднего модуля упругости всех образцов. С учетом результатов экспериментов строится график, отражающий показатели зависимости прикладываемого воздействия и разрушения опытного образца.

Методика расчета бетонных конструкций содержится в СНиП 52-01-2003, распространяющихся на все строительные бетонные и железобетонные конструкции.