Коэффициент теплового расширения бетона

Коэффициент расширения бетона

Коэффициент линейного расширения бетона связан с характеристиками теплопроводности и теплоемкости. Он определяет изменение линейного размера материала при воздействии на него высокой или низкой температуры. При строительстве домов с применением бетонирования производят расчеты с учетом удельной теплоемкости.

K = 0,00001 * (ºC)^-1

Коэффициент расширения бетона равен 0,00001*градусы по Цельсию в минус первой степени. Если температура изменяется в пределах от -40ºС до +40ºС, то расширение бетона может достигать 0,8 мм/м. Для снижения риска растрескивания поверхность разделяют температурно-усадочными швами.

Теплоемкость

Под теплоемкостью бетона понимают количество тепла, которое необходимо передать материалу для изменения его температуры на одну единицу. Размер бетона, изменяющийся под воздействием температуры, называют коэффициентом температурного расширения.

Теплопроводность

Теплопроводность – одна из важнейших теплофизических характеристик. Высокая теплопроводность тяжелого бетона является его недостатком. Панели для наружных стен производят из тяжелого материала с включением внутреннего слоя утеплителя.

Раствор и крупный заполнитель в составе материала различаются коэффициентом температурного расширения. При изменении температурного режима они деформируются по-разному. В случае существенных колебаний может возникнуть внутреннее растрескивание бетона из-за разного теплового расширения раствора и крупного заполнителя. Трещины образуются на поверхности заполнителя, в растворе и в слабых зернах заполнителя.

Если подобрать состав правильно, с коэффициентами температурного расширения, близкими по значению, то можно избежать растрескивания. Бетоны с высоким коэффициентом теплового расширения менее устойчивы к температурным изменениям, чем смеси с меньшим значением. При этом данный коэффициент не является характеристикой долговечности материала, который подвергается быстрым и частым изменениям температуры. Быстрое изменение температурного режима может стать причиной разрушения.

Коэффициент линейного расширения бетона

Коэффициенты линейного расширения строительных материалов

В таблице представлены значения коэффициента линейного расширения строительных материалов (КТЛР) и некоторых металлов при температуре до 100°С. Размерность коэффициента расширения в таблице — м/(м·°С) или 1/град (К-1).

В таблице рассмотрены: алюминий Al, медь Cu, сталь, гранит, базальт, кварцит, песчаник, известняк, стеновой кирпич, клинкерный кирпич, силикатный кирпич, легкобетонные камни, газобетонные блоки, бетон, железобетон, цементный раствор, известковый раствор, сложные штукатурки, дерево, параллельно волокнам, стекло.

Из указанных строительных материалов наиболее низким коэффициентом теплового линейного расширения обладает клинкерный кирпич (его КТЛР равен 3,5·10-6 1/град), а также древесина, штукатурки, стеновой кирпич и базальт. Следует отметить, что высокий коэффициент теплового расширения свойственен металлам таким, как алюминий, медь или сталь. Например, коэффициент линейного расширения алюминия равен 24·10-6 1/град, что в 2 раза больше, чем у стали.

Коэффициент теплового линейного расширения показывает на сколько (относительно размера тела) удлинится материал при увеличении его температуры на 1 градус.

Чтобы вычислить увеличение линейных размеров материала за счет теплового расширения, необходимо умножить значение температурного коэффициента линейного расширения на линейный размер материала и на разность температур в градусах Цельсия или Кельвина. Например, стеновой кирпич (КТЛР= 0,000006 град-1) длиной 240 мм при нагревании на 100 градусов удлинится на 0,144 мм.

По значениям коэффициентов теплового расширения в таблице видно, что указанные строительные материалы и металлы имеют положительный коэффициент линейного расширения, то есть увеличивают свои размеры (расширяются) при нагревании.

Источник: В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2004.

Плотность бетона. Усадка и набухание бетона. Теплоемкость, теплопроводность и линейный коэффициент теплового расширения бетона.

Плотность бетона. Усадка и набухание бетона. Теплоемкость, теплопроводность и линейный коэффициент теплового расширения бетона.

Плотность бетона.

Практическая плотность тяжелого (обычного) бетона составляет 2,3 г/см3 = 2300 кг/м3. (1,8-2,7 г/см3 ).

Усадка и набухание бетона.

Изменение размера бетонных конструкций из-за изменения влажности бетона это усадка и набухание. Происходит даже при неизменной температуре.

Усадка бетона имеет довольно сложную природу, но факт в том, что при твердении бетона на воздухе — при высыхании он будет иметь усадку порядка 0,3 мм на каждый метр линейного размера. Чем больше была доля цемента в растворе, тем выше усадка. При большой толщине бетона он высохнет снаружи, а внутри — еще нет, что приводит к появлению внутренних напряжений и дефектам.

Обратный процесс — набухание сухого бетона под действием влаги характеризует та-же величина 0,3 мм/м. Чем больше была доля цемента в растворе, тем выше набухание.

Поэтому, даже для работы бетонной конструкции в условиях постоянной температуры необходимо преусматривать усадочные швы.

Теплоемкость, теплопроводность и линейный коэффициент теплового расширения бетона.

Изменение линейного размера бетона под действием температуры характеризуется линейным коэффициентом теплового (температурного) расширения. Характерной величиной коэффициента для бетона является 0,00001 (°С)-1, следовательно, при изменении температуры на 80 °С (-40/+40 °С) расширение достигает примерно 0,8 мм/м. Таким образом, в любой бетонной конструкции необходимы температурные швы.

Температурно усадочный шов в РФ уж никак не может быть менее 1,1 мм на метр линейного размера (0,3 мм — усадка, 0,8 — температурный), в СНИПах — величины выше и они, конечно, обязательны, когда обязательны. Имейте в виду, что температурные колебания более 80 °С почти наверняка вызовут растрескивание бетона с жестким наполнителем из-за разницы в тепловом раширении раствора и наполнителя.

Теплопроводность монолитного бетона в воздушно-сухом состоянии 1,35 Вт/(м*°С) = 1,5 ккал/(ч*м*°С). Высокая теплопроводность тяжелого бетона требует обязательного утепления наружных бетонных стен.

Теплопроводность пористых бетонов — от 0,35 до 0,7 Вт/(м*°С) = 0,3-0,6 ккал/(ч*м*°С), но при огромном снижении прочности.

Теплоемкость удельная тяжелого и пористых бетонов в сухом состоянии — порядка 1 кДж/(кг*°С) = 0,2 ккал/(кг °С)

Теплоемкость объемная тяжелого бетона — порядка 2,5 кДж/(м3*К) а пористых — зависит от плотности.

Теплоемкость бетона Коэффициент расширения бетона

При строительстве домов с использованием бетона, всегда производятся расчеты, так вот для этого обязательно нужно знать удельную теплоемкость бетона. Удельная теплоемкость или просто теплоемкость бетона, очень важна и без нее не обойтись, в строительстве, когда например рассчитывается теплопроводность конструкции, для того что определить расходы на ускорение твердения строения из бетона.

Теплоемкость бетона — это количество тепла, которое нужно передать бетону, для того что бы его температура изменилась, на одну единицу.

Связанные статьи: Преимущества пенобетона

Меняющийся размер бетона, из за влияния температуры, обозначается коэффициентом расширения бетона. Размер этого коэффициента расширения бетона равен 0.00001 (ºС)-1, а это означает, что если температура изменится на 80 ºС, то расширение будет около 0.8 мм/м. Получается, что для любой бетонной постройки требуются температурные швы.

Температурно усадочные швы, в России должны быть начиная от 1.1 мм на 1м, делая вывод из расчета 0.3 мм — это усадка + 0.8 — температурный коэффициент. В строительных нормах и правилах (СНИП), размеры больше, так же стоит учитывать и то, что изменения температур порядка 80 ºС и больше, вызывают трещины в бетоне, который имеет жесткий наполнитель внутри, потому что существует разница коэффициентов расширения раствора и внутреннего наполнителя.

Связанные статьи:

  • Дома из пенобетонных блоков
  • Сколько цемента в кубе бетона

Теплоемкости бетонов

Теплопроводность монолитных бетонов при условии что он воздушно-сухой составляет порядка 1.35 Bт/(m*ºC) = 1.5 ккал/(ч*м*ºС). Высокие характеристики теплопроводности такого тяжелого бетона, заставляют обязательно использовать утепление наружных стен из монолитного бетона.

Удельная теплоемкость тяжелых и пористых бетонов (сухих) — около 1кДж/(кг*ºС) = 0.2 ккал/(кг*ºC)

Объемная теплоемкость тяжелых бетонов — около 2.5 кДж/(м3*К), пористых же зависит и изменятся от их плотности.

Смотрите так же: Керамзитобетон состав и пропорции

  1. Значит, теплоемкость бетона чаще всего от 0.17 и до 0.22 ккал/кг. Как и теплоемкость у многих каменных материалов.
  2. Становится понятно, почему дерево теплое, а бетон холодный, все из за низкой теплоемкости бетона. Теплопроводность дерева 0.6-0.7, что почти в 3 раза больше.
  3. Коэффициент расширения бетона — показывает изменение бетона. Для бетона он равняется 10*10^-6. Почти как и у коэффициента расширения стали (в зависимости от марки они так же изменяются), в связи с чем железобетонные конструкции очень распространены.

Температурный коэффициент линейного расширения

Примечание: источниками справочных данных являются публикации в Интернете, поэтому они не могут считаться «официальными» и «абсолютно точными». Как правило, в Интернет справочниках не приводятся ссылки на научные работы, являющиеся основой опубликованных данных. Мы стараемся брать информацию из наиболее надежных научных сайтов. Однако если кого-то интересуют ссылки на эксперименты, советуем произвести самостоятельно углубленный поиск в Интернете. Будем признательны за любые комментарии к нашим справочным таблицам, а особенно за уточнения существующей информации или дополнение справочных данных.

Вас также может заинтересовать:

Коэффициент объемного расширения

ТКЛР материалов, используемых в электронике

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.

Что это такое?

Термин коэффициент расширения бетона обозначает, как сильно расширяется строительный материал при увеличении температуры.

Понятие связано с теплоемкостью и теплопроводностью раствора. Бетон, который может расширяться, имеет в составе добавки или напрягающий цемент. Таким образом, в результате получается стойкая смесь, которая способна изменяться в размере. Кроме этого, для создания конструкции необходимы швы, поддерживающие блоки. Если возникает слишком большой температурный перепад, то бетон может потрескаться. Для этого стараются правильно подобрать состав материала с высоким коэффициентом, поэтому можно предотвратить появление трещин.

Как рассчитать показатель температурного расширения?

Чтобы определить данный показатель, нужно сделать замер длины изделия до повышенного термического воздействия.

Можно самостоятельно измерить расширение. Для этого измеряется исходная длина. После температура повышается на 1 градус. Стоит помнить, что уровень тепла должен быть одинаковый по всему периметру. После уточняют величину удлинения. Для микроизменений используют микроскоп. Кроме этого, коэффициент теплового расширения бетона можно вычислить по формуле: l=l0(1+α⋅ΔT). В этом уравнении l обозначает расширение, ΔT — температуру, при которой произошли изменения, а l0 — начальная длина.

Температурный показатель

Коэффициент можно найти в таблице, в которой даются средние значения. По табличным данным для бетона этот показатель равен 0,00001 (ºС)-1. Так, при 80 градусах увеличение будет 0,8 мм/м. Но такие табличные данные не являются довольно точными, так как во всех схемах предоставлены усредненные значения. Потому желательно самостоятельно измерять или рассчитывать показатели.

Данный показатель для каждого вида материала будет отличаться.

Коэффициент температурного расширения неразрывно связан с теплоемкостью, используемых при строительстве. Под этим термином подразумевает определенное количество тепла, которое нужно смеси для того, чтобы поднять температуру. Так как выделяют несколько типов растворов, то и коэффициент будет меняться от наполнителей. Так, теплоемкость воздушно-сухого бетона равняется 1,35 Вт (м*°С). Это говорит о том, что показатель высокий и потому нужен дополнительный утеплитель. У пористых смесей значение теплоемкости низкое (0,35—0,75 ВТ).

Данный коэффициент зависит и от теплоемкости материала.

1.7. Температурные деформации в статически неопределимых конструкциях

Статически неопределимыми конструкциями называются конструкции, у которых число реакций превышает число уравнений статического равновесия. В отличие от статически определимых конструкций при расчете таких конструкций принимаются во внимание прогибы .

В статически неопределимой конструкции температурные напряжения могут возникать или не возникать в зависимости от особенностей конструкции и особенностей температурных изменений. Чтобы проиллюстрировать некоторые из таких возможностей, рассмотрим статически неопределимую ферму, показанную на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 — Статически неопределимая ферма под воздействием изменений температуры

Опоры этой конструкции позволяют узлу D двигаться горизонтально. Поэтому, когда вся ферма однородно нагревается, в ней не возникает температурных напряжений. Все элементы увеличиваются в длине пропорционально своим первоначальным длинам, а вся ферма в целом становится немного больше в размерах.

Однако, если некоторые из стержней нагреваются, а другие – нет, то возникают температурные напряжения, так как статически неопределимое расположение стержней препятствует их свободному расширению.

Температурно усадочные швы

Температурно усадочные швы, в России должны быть начиная от 1.1 мм на 1м, делая вывод из расчета 0.3 мм — это усадка + 0.8 — температурный коэффициент. В строительных нормах и правилах (СНИП), размеры больше, так же стоит учитывать и то, что изменения температур порядка 80 ºС и больше, вызывают трещины в бетоне, который имеет жесткий наполнитель внутри, потому что существует разница коэффициентов расширения раствора и внутреннего наполнителя.

Связанные статьи:

  • Дома из пенобетонных блоков
  • Сколько цемента в кубе бетона

Коэффициент температурного расширения неразрывно связан с теплоемкостью, используемых при строительстве. Под этим термином подразумевает определенное количество тепла, которое нужно смеси для того, чтобы поднять температуру. Так как выделяют несколько типов растворов, то и коэффициент будет меняться от наполнителей. Так, теплоемкость воздушно-сухого бетона равняется 1,35 Вт (м*°С). Это говорит о том, что показатель высокий и потому нужен дополнительный утеплитель. У пористых смесей значение теплоемкости низкое (0,35—0,75 ВТ).

Данный коэффициент зависит и от теплоемкости материала.

Коэффициент термического расширения бетона

Величина коэффициента термического расширения бетона зависит от состава бетонной смеси и влажности в период изменения температуры. Цементный камень и заполнитель имеют разные коэффициенты термического расширения, а коэффициент термического расширения бетона отражает соотношение материалов в составе бетона.

Коэффициент термического расширения цементного камня колеблется в пределах от 10ХЮ6 до 18,ЗХЮ6 на 1°С. Он больше, чем у заполнителя. Коэффициент термического расширения бетона зависит от количества заполнителя в смеси (табл. 7.10) и коэффициента расширения заполнителя.

Влияние влажности обусловлено составляющими цементного камня и определяется тем, что коэффициент термического расширения слагается из двух частей: действительного кинетического термического коэффициента и давления набухания.

Последнее увеличивается с уменьшением капиллярного давления воды в цементном камне при повышении температуры. Набухание невозможно, если образец сухой, т.е. не содержит воды, и если он насыщен. Следовательно, при этих двух предельных состояниях коэффициент термического расширения меньше, чем при частичном насыщении.

На рис. 7.25 и 7.26 приведены данные для цементного камня. В бетоне мы наблюдаем те же зависимости, хотя коэффициент термического расширения меняется меньше, так как только цементный камень реагирует на изменение влажности и возраст. В табл. 7.11 приведены значения коэффициентов термического расширения бетона состава 1 :6, твердевшего на воздухе при 64%-ной относительной влажности, в воде и увлажненного после воздушного твердения.

Только величины, определенные на насыщенных и высушенных образцах, дают действительные значения коэффициента термического расширения, но величины при промежуточных значениях влажности необходимы, так как они отражают реальные условия эксплуатации бетона Ьсли повышение температуры при переходе от зимы к лету сопровождается высыханием, появляется усадка и чистое расширение меньше чем при отсутствии потери бетоном воды.

Химический состав и тонкость помола цемента влияют на величину коэффициента термического расширения лишь постольку, поскольку они влияют на свойства в раннем возрасте. Наличие воздушных пор влияния не оказывает.

Все сказанное относится к нормальным температурам ниже 40° С.

Более высокие температуры могут встречаться, например, в аэродромных покрытиях при действии отходящих газов реактивных двигателей и в производственных условиях. На рис. 7.27 показано, что при температуре выше 320°С коэффициент термического расширения бетона возрастает, возможно, вследствие дегидратации цементного камня. Значения коэффициента термического расширения приведены в табл. 7.12.

Лабораторные испытания показали, что бетоны с большим коэффициентом термического расширения менее стойки к изменениям температуры, чем бетоны с меньшим значением коэффициента расширения. На рис. 7.28 показаны результаты испытаний бетона, подвергавшегося повторному нагреванию и охлаждению в интервале температур 4,4—60° С со скоростью 2,4° в минуту. Однако коэффициент термического расширения не может служить количественной характеристикой долговечности бетона, подвергающегося частым или быстрым изменениям температуры.

Но более быстрое изменение температуры, чем в обычных условиях, может вызвать разрушение бетона. На рис. 7.29 показано влияние быстрого охлаждения после нагревания до указанной температуры.

Как регулировать?

Значение зависит от таких факторов:

  • температуры;
  • класс;
  • наполнителя.

Заполнитель и цемент имеют разный температурный коэффициент. Потому при нагревании и расширении может происходить деформация и появляются трещины. Для того чтобы это не произошло применяют специальные швы. Кроме этого, увеличивают армирование строительной конструкции. Бетон делят на отдельные блоки. Но эти методы дорогостоящие и не всегда эффективны. Потому для результата используют напрягающие и расширяющие вяжущие.

Усадочно-температурные деформации бетона

Главная Пожары в зданиях и сооружениях Пределы огнестойкости конструкций Теплотехнический расчет огнестойкости Статический расчет огнестойкости Изготовление опытных образцов Методика испытаний Нагружение испытуемого образца Температурный режим Измерение деформаций Измерение прогибов образцов Испытания изгибаемых элементов на огнестойкость Замер продольных деформаций колонн Определение теплофизических свойств бетона Испытание призм-восьмерок на осевое растяжение Определение прочностных и деформативных свойств арматурной стали Прочность бетона на сжатие и растяжение Тяжелый бетон Керамзитобетон Высокопрочный бетон Упрогопластичсекие свойства бетона Усадочно-температурные деформации бетона Усадка бетона Теплофизические свойства бетона Взрывообразное разрушение бетона Механические свойства арматуры Упругопластические свойства арматуры Температурные деформации арматуры Сцепление арматуры с бетоном Усадочно-температурные деформации Потери предварительного напряжения в арматуре Железобетонные плиты из керамзитобетона Напряженно-деформированное состояние плит от неравномерного нагрева по высоте сечения Деформации продольной арматуры и бетона Огневое воздействие Теоретические деформации растянутой арматуры Огнестойкость железобетонных плит из керамзитобетона Предварительно напряженные балки и панели Напряженно-деформированное состояние железобетонного изгибаемого элемента Деформации продольной арматуры и сжатого бетона Прогиб изгибаемого предварительно напряженного железобетонного элемента Огнестойкость изгибаемых элементов Процесс обжатия Предварительно напряженные железобетонные балки при действии поперечной силы Напряженно-деформированное состояние Образование и раскрытие наклонных трещин в балках Деформации продольной арматуры в балке от нормативной нагрузки Прогибы балок Разрушение бетона сжатой зоны Разрушение балок при огневых испытаниях Определение предела огнестойкости от действия изгибающего момента Разрушение по наклонному сечению Образование и развитие наклонных трещин Прочность наклонного сечения предварительно напряженных балок Предварительно напряженные балки из керамзитоперлитобетона Полный прогиб балок Предел огнестойкости изгибаемых элементов Железобетонные колонны из керамзитобетона Железобетонные колонны из высокопрочного бетона Уменьшение уровня предварительного нагружения Средний предел огнестойкости колонн из высокопрочного бетона Расчет железобетонных колонн из высокопрочного бетона Железобетонные колонны из тяжелого бетона под большую нагрузку и их стыки Криволинейное распределение температуры бетона Минимальные пределы огнестойкости для колонн в зданиях степени Остаточная несущая способность железобетонных колонн после пожара Поведение железобетонных конструкций в зданиях при пожаре Совместная работа железобетонных элементов в зданиях Стыки и швы между сборными элементами Железобетонные рамные конструкции

Коэффициент теплового расширения бетона

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *