Doma-artek.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коэффициент линейного расширения бетона

Как рассчитывают коэффициент линейного расширения бетона?

Для того чтобы построить прочное здание, специалисты определяют коэффициент линейного расширения бетона. Так строитель может узнать, на сколько изменится в длину материал после нагревания. Такие расчеты позволяют избежать преждевременной деформации постройки, появление трещин и увеличить эксплуатационную стойкость сооружения.

  1. Что это такое?
  2. Как рассчитать показатель температурного расширения?
  3. Температурный показатель
  4. Теплоемкость
  5. Как регулировать?

Усадка и термическое расширение жароупорного бетона

Усадка для жароупорного бетона является важным показателем, так как такой бетон (в отличие от обычных огнеупорных изделий) предварительно не обжигается, а подвергается нагреванию непосредственно в элементах конструкции. Следовательно, вся усадка жароупорного бетона происходит в рабочем состоянии, т. е. уже в процессе эксплуатации теплового агрегата. При нагревании в бетоне возникают напряжения, зависящие от таких факторов, как термическое расширение или усадка составляющих компонентов, температура и скорость нагрева, упруго-пластические свойства и предельные деформации составляющих компонентов, относительное количество в бетоне вещества, претерпевающего усадку при нагревании, зерновой состав и максимальная крупность зерен заполнителя.

Вследствие внутренних напряжений при нагреве жароупорного бетона могут возникать не только упругие, но также пластические и остаточные деформации, а при этом нарушается структура, что сказывается на свойствах жароупорного бетона и в том числе и на усадке.

В температурном интервале от 600 (700) до 800° кривая усадки имеет примерно горизонтальный участок, т. е. усадка не увеличивается с повышением температуры. Очевидно, в этом интервале структура бетона видоизменяется. Действительно, прочность бетона в этом интервале снижается наиболее резко. При температурах выше 800° происходит дальнейшее «разрыхление» структуры бетона и прочность его снижается до минимума примерно при температуре 1000°.

Кажущаяся усадка бетона заметно уменьшается или даже наоборот—бетон как бы увеличивается в объеме. Очевидно, этому соответствует и поведение цементного камня, т. е. наблюдаемое иногда уменьшение усадки при температуре 1000° по сравнению с усадкой при 800°. При температурах 800—1100° линейная усадка жароупорных бетонов на портландцементе составляет от 0,2 до 0,7%.

Рис. 59 Коэффициент линейного термического расширения жароупорного бетона на портландцементе с шамотным заполнителем и его составляющих в зависимости от температуры нагрева: 1—шамот; 2—бетон; 3—портландцемент с 25% тонкомолотого шамота.

Из графика (рис. 59) видно, что коэффициент термического расширения шамота в интервале температур 300—900° колеблется от и 6 10-6 до 8- 10-6. Коэффициент термического расширения жароупорного бетона на портландцементе с шамотным заполнителем соответствует коэффициенту термического расширения шамота и составляет 5- 10-6— 8 — 10-6, что свидетельствует о том, что термическое расширение бетона в большой степени зависит от заполнителя. Коэффициент термического расширения жароупорного бетона на портландцементе с заполнителем из отвального доменного шлака в интервале от 200 до 700° составляет от 8- 10-6 до 11 — 10-6, а для бетона на заполнителе из каширского котельного шлака — 4-10-6—5 — 10-6.

От чего зависит удлинение труб: методология расчета

Степень теплового удлинения магистрали зависит от нескольких основных факторов: максимальной температуры теплоносителя, условий окружающей среды в момент монтажа и при эксплуатации трубопровода. При этом учитываются длина прямого отрезка, КТР. Указанные значения отражаются в формуле, которая позволяет определить увеличение размеров для конкретной системы. В случае с литейным чугуном необходимо использовать такие расчеты:

ΔL=L*α*ΔT ΔL = изменение длины в мм, где:

L = длина трубы в м;

α = коэффициент линейного удлинения;

ΔТ = разница температур Tmax-Tmin.

Например: Длина трубы = 50 метров Tmax = +40°С Tmin = +4°C. Температура при установке = +25°С Δт (тепло) = (+40) – (+4) = +36°С ΔL = 50*0,015*36 =27 мм. Именно столько составит удлинение трубы на отрезке в 50 м.

Факторы, влияющие на тепловое расширение

Каждый материал отличается химическими характеристиками и физическими показателями, которые влияют на особенности эксплуатации и подверженность изделия воздействию внешних факторов.

Коэффициент линейного расширения труб во многом зависит от химического состава материала, из которого они изготовлены. Например, полипропиленовые изделия при многих своих преимуществах перед металлическими трубопроводами, более подвержены температурному удлинению. Но если говорить именно о трубах из ПП, то более устойчивы армированные модели.

Отдельного внимания заслуживает продукция «Акватерм», которая по сравнению с другими трубами из полипропилена гораздо устойчивее к температурным нагрузкам.

Читать еще:  Как сделать выгребную яму из бетонных колец?

Рассмотрим особенности линейного расширения различных материалов.

Действие тока на железобетон

Сухой бетон имеет высокое электрическое сопротивление; последнее падает с повышением влажности бетона. На неармированный бетон протекающий ток не оказывает влияния. В железобетонных сооружениях в случае соединения арматуры с электрической проводкой или при плохой изоляции последней возможно вредное влияние постоянного электрического тока: разложение влаги бетона, освобождение кислорода, ржавление арматуры и появление трещин в бетоне от проникновения в его поры ржавчины. Вредное действие электрических разрядов во время грозы могут быть устранено присоединением громоотвода к арматуре при условии, что последняя пронизывает все сооружение и доходит по стойкам до влажного грунта.

история создания, развития и будущее популярного оптического прибора. »»»

Учитывая эффект расширения, необходимо быть очень точным. При этом важно знать коэффициент линейного расширения используемого материала.

Он определяется как относительное увеличение единицы длины материала при повышении температуры на 1 К и обычно обозначается буквой α: α = увеличение длины / исходная длина х повышение температуры.

Строго говоря, исходная длина должна быть длиной при 0 °С, обозначаемой как Ɩ. Конечная длина Ɩ — это длина при θ °С, ΔƖ = Ɩ — Ɩ – увеличение длины. Изменение температуры Δθ будет одним и тем же вне зависимости от того, измеряется ли она по шкале Цельсия или Кельвина Δθ °С = Δθ К.

Отсюда α = ΔƖ / ƖΔθ. Если эксперимент начинается при 0 °С, то

Проведем эксперимент, чтобы определить коэффициент линейного расширения металла.

Существует много различных видов приборов для этого опыта. Опишем лишь один из них.

Требования к прибору следующие:

    подходящая длина стержня (или полой трубы) из металла

500 мм;
микрометр или сферометр для точного измерения расширения, которое составляет

1 — 2 мм;

  • камера, в которой металл должен быть нагрет до возможно более высокой температуры;
  • разумное время нагрева, за которое прибор надежно достигает конечной температуры.
  • А — это стержень, коэффициент линейного расширения которого нужно определить. Измерьте его длину при помощи измерительной линейки с точностью до одного миллиметра. Эта длина составляет примерно 500 мм. Затем поместите его в камеру, как показано на рисунке. Оба конца В камеры подвижны и имеют углубления, в которые упираются заостренные концы стержня А. Поместите изолированную войлоком камеру на цельнометаллическую подставку и установите винт микрометра М на нулевое деление. Зажмите винт С, не прилагая излишнего усилия, так, чтобы стержень не прогнулся. Ослабьте винт М и снимите показание термометра. Затем пропускайте через камеру пар до тех пор, пока не установится постоянное показание термометра. Запишите его постоянное показание.

    Завинтите М до упора и снимите показание микрометра. Разность между двумя показаниями микрометра дает ΔƖ , а разность между двумя показаниями термометра — Δθ .

    Тогда α = ΔƖ / Ɩ Δθ . Изоляция камеры помогает получить стабильные показания термометра.

    Обычно при вычислениях принимают исходную длину ΔƖ за длину при комнатной температуре. Ошибка при этом мала, и на этом уровне обучения ею обычно пренебрегают.

    Вы можете таким способом определить коэффициент линейного расширения различных материалов. Размерность коэффициента линейного расширения K -1 . Бетон имеет коэффициент линейного расширения 10 — 14 х 10 -6 K -1 . Следует отметить, что инвар — сплав железа с никелем — имеет очень малый коэффициент линейного расширения.

    Понятно, что при использовании инвара требуются незначительные поправки на расширение. Платина и натриевое стекло имеют примерно равные коэффициенты линейного расширения. Это удобно для впаивания платиновой проволоки в такое стекло.

    Изменение температуры не окажет воздействия на перемычку, поскольку составляющие его части расширяются и сжимаются в равной степени. Если использовать алюминиевую проволоку для впаивания в стекло при большой температуре, то после охлаждения проволока сожмется больше, чем отверстие в стекле, будет иметь меньший диаметр и выпадет.

    Вызывает затруднение вопрос, увеличивается или уменьшается отверстие в металлической пластине при повышении ее температуры. Часто неправильно отвечают, что размеры отверстия уменьшатся, поскольку металл расширяется во всех направлениях.

    Исследование. Определить направление расширения

    Металлическая болванка, изображенная на рисунке, плотно входит в выемку металлического шаблона, когда температура их одинакова. И то и другое сделано из одного металла. Хорошо нагрейте шаблон на газовой горелке. Теперь болванка свободно войдет в выемку. Это показывает, что размеры выемки увеличились. Наоборот, если вы поместите шаблон на несколько минут в сосуд со льдом, а болванка останется при комнатной температуре, то она не войдет в выемку, поскольку размеры выемки сократились. Если болванка и шаблон будут иметь одинаковую температуру, то болванка всегда точно войдет в выемку.

    Читать еще:  Усадка бетона в процентах

    Швы в бетонных плитах полов

    Введение по швам и трещинам

    Идеальный пол должен быть совершенно плоским, ровным и не иметь никаких швов. Однако, в реальной жизни существуют тонкости при изготовлении промышленных полов, которые сказываются на точности и ровности пола. Также невозможно полностью обойтись без швов, потому что есть практические ограничения на площадь пола, которая может быть изготовлена за один раз, и вторая причина состоит в том, что бетон материал усадочный и, во избежание появления трещин в самых непредсказуемых местах, на поверхности пола нарезают усадочные швы.

    Швы являются слабым местом поверхности пола, где чаще всего впоследствии могут возникнуть повреждения. При проезде по швам транспортных средств кромки (края) шва подвергаются сильному воздействию со стороны колёс, что вызывает разрушение кромок шва, а впоследствии, острые кромки швов вызывают разрушение колёс транспортных средств. Поэтому с самого начала нужно решить, что в конкретном случае будет больше мешать: желательные швы, которые можно сделать безопасными для колёс, или нежелательные трещины, которые будут вызывать разрушение как пола, так и колёс.

    Причины образования трещин в бетонной плите

    Основная причина образования трещин в теле бетона — это его низкая прочность на растяжение, которая примерно равна 10% от прочности на сжатие, и хрупкость бетона. Причины появления трещин в бетоне:
    Механические:
    — чрезмерная нагрузка, особенно в зоне растяжения,
    — возникновение внутренних напряжений при изменении размеров бетонной плиты вследствие высыхания бетона, температурных колебаний. Особенно сильно это проявляется, если плита защемлена или имеет большое трение по основанию.
    — снижение прочности бетона, по сравнению с расчётной, вызванное неправильным уходом за бетоном,
    — уменьшение объёма бетона вследствие испарения воды из тела бетона и реакции гидратации цемента.
    Химические:
    — усадка цементного камня при реакции цемента с водой (гидратация цемента),
    — взаимодействие заполнителя с гидроокисью кальция цементного камня при использовании не стойкого к щелочам заполнителя,
    — коррозия бетона,
    — коррозия арматуры.

    Если с чрезмерной нагрузкой всё понятно, то на изменение размеров плит при колебаниях температуры часто не обращают внимание. Здесь существенную роль играют размеры плиты, они измеряются в метрах, поэтому, несмотря на вроде бы незначительные колебания температуры, изменения длины уже определяются миллиметрами, а это уже хорошо сформировавшиеся трещины.

    Пример:
    Бетонная плита длиной L = 6 м (6000мм), её температура в течение года изменяется на ΔT = 20°С.
    На сколько же будут меняться размеры этой плиты при таких перепадах температуры?
    Коэффициент линейного расширения бетона α равен 12 х 10-61/градус С
    ΔL = L x ΔT x α
    ΔL = 6000 х 20 х 12х10-6 = 1,44 мм
    Т.е. только из-за колебаний температуры в 20°С бетонная плита длиной 6м изменит свои размеры на 1,44 мм. А так как бетонная плита растянуться практически не может, то такие изменения её длины могут вызвать появление трещин. И если плита защемлена, то на длине 6 м появятся трещины суммарной шириной примерно 1,5 мм. А если плита не защемлена и может свободно скользить по основанию, то разойдутся швы на те же 1,5 мм. При колебаниях температуры в 40°С или 60°С, изменения размеров плиты будут больше в 2 и 3 раза соответственно (2,9 и 4,3 мм).

    Изменение влажности бетонной плиты

    В момент заливки влажность бетона может достигать 8-10% по массе, а равновесная влажность бетонной плиты через год два может составить 2-4%. Т.е. объём плиты уменьшится. По данным исследований уменьшение линейных размеров бетонной плиты, вызванных уменьшением влагосодержания, составляет 0,15-0,18 мм/м. На 6 метровой плите это составит 0,9 -1,1мм. И это тоже риск возникновения трещин.

    Читать еще:  Залить двор бетоном своими руками

    Влажность бетонной смеси определяется таким образом:
    Масса 1 куб. м бетонной смеси — 2400кг, в ней в среднем 200-240л воды, получаем, что влажность свежеуложенного бетона составляет 200 (240) / 2400 = 8,3 -10%

    Значения предельной относительной деформации усадки для железобетона по DIN 1053 и DIN 1043

    Предельная усадка бетонной плиты достигает через 8-10 лет после заливки. В соответствии с данными таблицы предельная усадка для бетонной плиты длиной 6м, находящейся в сухом воздухе внутренних помещений, будет составлять 3,6 мм. И это без учёта деформаций, вызванных сезонными колебаниями температуры.

    За счёт химических реакций при гидратации цемента и нахождении во влажной среде вначале объём бетона даже несколько увеличивается. Но потом, за счёт продолжающейся реакции гидратации и испарении воды, объём бетона начинает уменьшаться.
    Если не сделать швы в нужных местах — то они проявятся в виде трещин.

    Прочность
    Стеклопластиковая и базальтовая арматура обладают прочностью на разрыв, которая более чем в 2,5-3 раза превышает данный показатель марки А III стальной арматуры, если сравнить материалы равного диаметра. Соответственно, расчетная площадь композитной арматуры обычно в два и более раза меньше, чем у металлической. Исходя из этого параметра, введено понятие «равнопрочностной замены». При этом металлическая арматура заменяется на стеклопластиковую арматуру с меньшим диаметром, но с аналогичной прочностью на разрыв.

    Долговечность
    Стеклопластиковая арматура удлиняет срок службы строительных конструкций в 2-3 раза по сравнению со стальной арматурой. Это особенно ярко проявляется при воздействии на материалы агрессивных сред. Вот почему при использовании композитной арматуры не требуются дорогостоящие ремонтные работы. Прогноз по сроку службы стеклопластиковой арматуры — не менее 80 лет.

    Легкость
    Плотность композитной арматуры — 1,9 тн/м3. Из этого следует, что она в 1,9 раз тяжелее воды, но при этом в 5 раз легче стали при равном диаметре. Если говорить о равнопрочностном соотношении, то вес данной арматуры в 11 раз меньше, чем у традиционной стальной. Эта особенность материала значительно снижает стоимость транспортных работ и погрузки-разгрузки, а также существенно облегчает строительные работы и уменьшает вес конечной бетонной конструкции.

    Экологичность
    Композитная стеклопластиковая арматура экологична и позволяет беречь окружающую среду, поскольку не выделяет токсичных веществ. Эта продукция соответствует всем европейским стандартам качества.

    Отсутствие коррозии
    Стеклопластиковая арматура, как показала практика, нисколько не подвержена коррозии и не может вызвать разрушение бетона. Еще одна характерная особенность: в агрессивной среде под воздействием солей, щелочей и кислот данная арматура не меняет свои эксплуатационные свойства. Стеклопластиковая арматура относится к материалам первой группы химической стойкости. Для сравнения: слой коррозии, наращиваясь на традиционной стальной арматуре, может постепенно увеличить её диаметр в 8 раз, что весьма опасно, так как приводит к появлению трещин и разрушению бетонной конструкции.

    Устойчивость к перепадам температур
    Композитная арматура универсальна, поскольку ее можно использовать при всевозможных температурных режимах, как низких (от -70 градусов), так и высоких (до +100 градусов Цельсия). При этом она совершенно не меняет своих механических параметров, не теряет прочности.

    Композитная арматура обладает коэффициентом теплового расширения, аналогичным бетону. Это исключает нарушение армирования и образование трещин в слое бетона вследствие перепада температур.

    Низкая теплопроводность
    Теплопроводность композитной арматуры по сравнению со стальной в 100 раз ниже. Например, у стеклопластикового композита теплопроводность 0,48 Вт/м•К, а у металла в среднем — 56 Вт/м•К. Инновационный материал почти не проводит тепло и не подвергается воздействию низких температур. Поэтому стеклопластиковая арматура, в силу своих особенностей, значительно снижает теплопотери в конструкциях.

    Любая строительная длина
    В соответствии с пожеланиями заказчика и требованиями проекта, возможно изготовление композитной арматуры любой длины.

    Диэлектрик
    Композитная арматура, в отличие от традиционной, не проводит электрический ток, а также не накапливает статической электроэнергии. Кроме того, стеклопластиковая арматура проницаема для радиоволн (радиопрозрачна). Еще данный материал магнитоинертен, то есть не подвергается воздействию электромагнитных полей, влияние которых на изменение его прочностных свойств абсолютно исключено.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector