3. Betonin ominaisuudet

3.1 betonin ominaisuudet

betoni on keinotekoinen konglomeraattikivi, joka on valmistettu pääasiassa portlandsementistä, vedestä ja kiviaineksesta. Kun sekoitetaan ensin vesi ja sementti muodostavat tahna, jokasurrounds kaikki yksittäiset kappaletta aggregaatin tehdä muoviseos. Kemiallinen reaktio kutsutaan nesteytys tapahtuu välillä veden ja sementin, ja betoni normaalimuutokset muovista kiinteään tilaan noin 2 tuntia. Sen jälkeen konkretia jatkaa vahvistumistaan parantuessaan. Tyypillinen vahvuus-vahvistuskäyrä on esitetty kuviossa 1. Teollisuus on ottanut vertailukohdaksi 28 päivän lujuuden, ja erityispiirteissä viitataan usein 28 päivää niiden betonipullojen puristustesteihin, jotka murskataan 28 päivän kuluttua niiden valmistamisesta. Saadulle vahvuudelle annetaan nimitys f ‘ C

ensimmäisen viikon tai 10 päivän kovettumisen aikana on tärkeää, että betoni ei jääty tai kuivu, koska jompikumpi näistä poikkeamista olisi erittäin haitallista betonin lujuuskehitykselle. Teoriassa, jos pidetään kosteassa ympäristössä, betoni saa voimaa ikuisesti, mutta käytännössä noin 90%sen vahvuudesta saadaan ensimmäisten 28 päivän aikana.

Betonin vetolujuus on lähes olematon (yleensä mitattu noin 10-15% sen puristuslujuudesta), minkä vuoksi sitä ei käytetä juuri koskaan ilman jonkinlaista lujittamista. Sen puristuslujuus riippuu monista tekijöistä, mukaan lukien ainesosien laatu ja muokkaus sekä kovettumisympäristö. Tärkein yksittäinen indikaattori vahvuus on suhde käytetyn veden verrattuna sementin määrään.Periaatteessa mitä pienempi tämä suhde on, sitä suurempi lopullinen betonilujuus on. (Thisconcept on kehittänyt Duff Abrams Portland Cement Association alussa 1920 ja on maailmanlaajuisessa käytössä tänään.) Vähintään w / c-suhde (vesi-sementti-suhde) on noin 0,3 painosta, jotta varmistetaan, että vesi joutuu kosketuksiin kaikkien sementtihiukkasten kanssa (Näin varmistetaan täydellinen hydraatio). Käytännössä tyypilliset arvot ovat 0,4-0.6 vaihteluväli, jotta saadaan aikaan toimiva yhtenäisyys niin, että tuoretta betonia voidaan sijoittaa muotoihin ja lähekkäin olevien betonitankojen ympärille.

tyypilliset jännityskäyrät eri betonivahvuuksille on esitetty kuvassa 2. Useimmilla rakenteellisilla betoneilla on f ‘ C-arvot 3000-5000 psi-alueella. Matalammat kerrostalot käyttävät kuitenkin joskus 12 000 tai 15 000 psi: n betonia pienentääkseen pylväiden mittoja, jotka muuten olisivat kohtuuttoman suuria. Vaikka luku 2 osoittaakin, että betonin enimmäisvoima ennen sen murskautumista vaihtelee kääntäen lujuuden kanssa, käytetään yleensä (yksinkertaistavana toimenpiteenä) 0,003: n arvoa käytettäväksi suunnittelutasojen kehittämisessä.

koska betonilla ei ole lineaarista osaa sen jännitys-venymäkäyrään, on vaikea määrittää oikea kimmokerroin. Enintään noin 6000 psi: n betoneille se voidaan maksimoida

(1)

missä w on yksikköpaino (pcf), F ‘ C on sylinterin lujuus (psi).(On tärkeää, että F ‘ C: n yksiköt ilmoitetaan psi: nä eikä ksi: nä aina, kun squareroot otetaan). Teräsbetonin painotiheys normaalilla hiekalla ja kivillä on noin 150 pcf. Jos 5 pcf tästä sallitaan teräkselle ja w otetaan As145 yhtälössä (1), niin

(2)

näin lasketut E-arvot ovat osoittautuneet hyväksyttäviksi käytettäväksi poikkeumalaskelmissa.
betonin kovettuessa se kutistuu, koska vesi, jota ei käytetä nesteytykseen, haihtuu kovettuneesta seoksesta vähitellen. Suurten jatkuvien elementtien kutistuminen voi johtaaylimääräisen vetojännityksen kehittymistä, varsinkin jos korkea vesipitoisuus aiheuttaa suuren kutistumisen. Betoni, kuten kaikki materiaalit, myös tapahtuu tilavuusmuutoksia, jotka johtuvat lämpötilavaikutuksista, ja kuumalla säällä eksotermisen hydraatioprosessin lämpö lisää tätä ongelmaa. Koska betoni on heikko jännitys, se usein kehittää halkeamia, koska tällainenkuristus ja lämpötilan muutokset. Esimerkiksi kun juuri sijoitettu betonilaboratorio laajenee lämpötilan muutoksen vuoksi, se kehittää sisäisiä puristusjännityksiä, kun se voittaa kitkan sen ja maanpinnan välillä. Myöhemmin, kun betonikoolien maa kutistuu kovettuessaan) ja yrittää supistua, se ei ole tarpeeksi vahva intension vastustamaan samoja kitkavoimia. Tästä syystä supistumissaumoja käytetään usein kontrolloimaan vääjäämättä syntyvien halkeamien sijaintia ja ns. lämpötilajatkuvavahvistus sijoitetaan suuntiin, joissa vahvistamista ei ole jo eritelty muista syistä. Tämän vahvistamisen tarkoituksena on mukautuaseuraava vetojännityksiä ja minimoida leveys halkeamia, jotka eivät kehity.

kutistumisen ja lämpövaikutusten aiheuttamien rasitusten lisäksi myös betoni muuttaa muotoaan hiipumisen seurauksena. Viruminen lisää muodonmuutosta, joka tapahtuu, kun materiaali ylläpitää korkeaa stressitasoa pitkän ajan kuluessa. Kun jatkuvasti kohdistetut kuormat (kuten tyhjäkuormat) aiheuttavat merkittäviä puristusjännityksiä, tuloksena on viruminen. Esimerkiksi puomissa virumisen aiheuttama ylimääräinen pitkän aikavälin taipuma voi olla jopa kaksi kertaa suurempi kuin alkuperäinen kimmoinen taipuma tapa välttää tämä lisääntynyt muodonmuutos on pitää jatkuvien kuormitusten aiheuttamat paineet alhaisella tasolla. Tämä tehdään yleensä lisäämällä puristusterästä.

3, 2 sekoitussuhteet

betonin ainesosat voidaan suhteuttaa painon tai tilavuuden mukaan. Tavoitteena onlisätä haluttu lujuus ja työstettävyys mahdollisimman pienin kustannuksin. Joskus onErityiset vaatimukset, kuten kulutuskestävyys, kestävyys ankarissa ilmastoissa tai veden mitattavuus, mutta nämä ominaisuudet liittyvät yleensä lujuuteen. Joskus tarkemmat vahvuudet on määritelty, vaikka pienempi f ‘ C-arvo olisi täyttänyt kaikki rakenteelliset vaatimukset.

kuten aiemmin mainittiin, vahvan betonin aikaansaamiseksi tarvitaan alhainen vesi-sementti-suhde. Näyttää siis siltä, että pelkästään pitämällä sementtipitoisuus korkeana voitaisiin käyttää riittävästi vettä hyvän työstettävyyden takaamiseksi ja silti w/c-suhde olisi alhainen. Ongelmana on, että se on perusaineksista Kallein. Dilemma on helppo nähdä theschematic kaavioita kuva 3.

koska suuremmilla kiviaineskooilla on suhteellisesti pienemmät pinta-alat (sementtipaste päällystettäväksi) ja koska vähemmän vettä tarkoittaa vähemmän sementtiä, sanotaan usein, että pitäisi käyttää suurinta käytännöllistä kiviaineskokoa ja jäykintä käytännöllistä sekoitusta. (Useimmat buildingelementit on rakennettu suurin yhteenlaskettu koko 3/4 1 in, suurempia kokoja beingestävät läheisyys betoniteräkset.)

hyvä osoitus sekoitemaanvesipitoisuudesta siten, että se on työstettävissä) voidaan saada tavanomaisesta laskutestistä. Tässä testissä metallikartio, jonka korkeus on 12, täytetään määrätyllä tavalla tuoreella betonilla. Kun kartio nostetaan, betonin massa “lysähtää” alaspäin (Kuva 4) ja pystysuoraa pudotusta kutsutaan lysähdykseksi.Useimmat Betoniseokset ovat notkahduksia 2-5-alueella.

3.3 Portlandsementti

portlandsementin raaka-aineet ovat rautamalmi, kalkki, alumiinioksidi ja piidioksidi, joita käytetään eri suhteissa valmistettavan sementin tyypistä riippuen. Ne jauhetaan ja poltetaan uunissa klinkkerin tuottamiseksi. Jäähdytyksen jälkeen klinkkeri on hyvinvalmistusjauhettu (noin talkkijauheen rakenne) ja pieni määrä kipsiä lisätään hidastamaan alkuasetusaika. On olemassa viisi perustyyppiä Portland sementti inuse tänään:

• tyyppi I – yleiskäyttö

• tyyppi II-sulfaattia vastustavat, betoni kosketuksissa korkean sulfaatin maa-aineksen kanssa

• tyyppi III – korkea varhainen lujuus, joka saa lujuutta nopeammin kuin tyyppi I, jolloin muodot voidaan poistaa nopeammin

• Tyyppi IV-alhainen lämpö nesteytys, käytettäväksi massiivinen rakenne

• tyyppi V-vaikea sulfaatti vastustaa

tyyppi I on edullisin ja sitä käytetään valtaosassa betonirakenteista. Typeii: tä käytetään usein myös siksi, että sen avulla lomakkeet voidaan käyttää nopeasti uudelleen, jolloin rakennusaika lyhenee. On tärkeää huomata, että vaikka tyyppi III saa strengthfaster kuin Tyyppi I, se ei ota sen alkuperäisen joukon yhtään aikaisemmin).

3.4 aggregaatit

hienojakoinen aggregaatti (hiekka) koostuu hiukkasista, jotka läpäisevät seulan 3/8;karkeat aggregaatit ovat kooltaan yli 3/8 tuumaa. Kiviaineksen on oltava puhdasta, kovaa ja hyvin lajiteltua, eikä siinä saa olla luonnollisia pilkkoutumistasoja, kuten niitä, joita esiintyy liuskekivessä tai liuskekivessä.Kiviaineksen laadulla on suuri merkitys, sillä sen osuus betonin tilavuudesta on noin 60-75 prosenttia.huonoilla kiviaineksilla ei ole mahdollista tehdä hyvää betonia. Sekä hienon että karkean kiviaineksen luokittelu on erittäin merkittävä, koska kokoluokka vähentää tarvittavan sementtitahnan määrää. Hyvin lajitellut aggregaatit tekevät sekoituksesta myös toimivamman.

tavallinen betoni valmistetaan hiekasta ja kivistä, mutta kevytbetonia voidaan valmistaa käyttämällä teollisuuden sivutuotteita, kuten paisutettua kuonaa tai savea, kevyenä kiviaineksena. Tämä betoni painaa vain 90-125 pcf, ja suuria vahvuuksia on vaikeampi saavuttaa heikompien kiviainesten vuoksi. Kuitenkin huomattavia säästöjä voidaan toteuttaa termsof rakennuksen omapaino, joka voi olla erittäin tärkeää rakennettaessa tietyntyyppisiä multaa. Eristysbetoni valmistetaan perliitin ja vermikuliitin avulla, se painaa vain noin 15-40 pcf eikä sillä ole rakenteellista arvoa.

3. 5 lisäaineet

lisäaineet ovat kemikaaleja, joita lisätään seokseen erityistarkoituksiin tai tiettyjen rakennusolosuhteiden saavuttamiseksi. Tyyppejä on periaatteessa neljä: ilmaa sitovat aineet, työstettävyysaineet, hidastavat aineet ja kiihdyttävät aineet.

ilmastossa, jossa betoni altistuu jäätymis-sulamisjaksoille, betoniin sekoittuu ilmaa hitaasti miljardeina pieninä ilmakuplina, joiden läpimitta on noin 0,004. Kuplat tarjoavat toisiinsa liittyviä reittejä niin, että lähellä pintaa oleva vesi pääsee karkaamaan, kun se laajenee jäätymisen vuoksi. Ilman ilmaa, betonipinta lähes aina spall pois, kun se joutuu toistuvaan jäädyttäminen ja sahaus. (Air-entraining on myös erittäin hyödyllinen sivuvaikutus lisääntyvätyöskentelykyky ilman kasvua vesipitoisuus.) Entrained ilmaa ei saa sekoittaa entrapped ilmaa, joka luo paljon suurempia tyhjiöitä ja johtuu epäasianmukaisesta sijoittamisesta ja lujittamisesta betonin. Toisin kuin vangittu ilma, se ei ole koskaan hyödyksi.

työstettävyysaineet, joihin kuuluu vettä pelkistäviä aineita ja pehmittimiä, vähentävät sementtihiukkasten taipumusta sitoutua yhteen vaahdoissa ja välttyvät siten täydelliseltä nesteytykseltä. Samaan tarkoitukseen käytetään usein lentotuhkaa, kivihiilen polton sivutuotetta, jolla on joitakin sementtiominaisuuksia. Superplasticizers on uusi lisäaine, joka seokseen lisättynä lisää lama-arvoa huomattavasti, jolloin seos on hyvin soupy lyhyen aikaa ja mahdollistaa vähävetisen tai muuten hyvin jäykän betonin asettamisen helposti. Superplasticizers ovat vastuussa viimeaikaisesta kehityksestä erittäin lujat Betonituotteet, jotkut yli 15,000 psib, koska ne vähentävät huomattavasti tarvetta ylimääräisen veden työstettävyys.

hidastimia käytetään hidastamaan betonisarjaa, kun on sijoitettava suuria massoja ja betonin on pysyttävä muovisena pitkään, jotta yhden betonierän ja seuraavan betonierän välille ei muodostu”kylmäsaumoja”. Kiihdyttimet lisäävät voimaa saada ja vähentää alkuasetusaika. Tämä voi olla hyödyllistä, kun betoni on sijoitettava jyrkkään rinteeseen yhdellä lomakkeella tai kun se on toivottavaa, jotta voidaan lyhentää ajanjaksoa, jona betoni on suojattava jäätymiseltä. Tunnetuin kiihdytin on kalsiumkloridi, joka lisää nesteytyslämpöä, jolloin betoni asettuu nopeammin.

muuntyyppisiä kemiallisia lisäaineita on saatavilla monenlaisiin tarkoituksiin. Joillakin näistä voi olla haitallisia sivuvaikutuksia lujuuden vahvistumiseen, kutistumiseen ja muihin betonin ominaisuuksiin, ja koe-erät ovat suositeltavia, jos tietyn seoksen käyttöä epäillään.

3.6 ACI-koodi

American Concrete Institute (ACI), joka sijaitsee Detroitissa, Michiganissa, on muotoilun ammattilaisten, tutkijoiden, tuottajien ja rakentajien järjestö. Yksi sen tehtävistä on edistää betonirakenteiden turvallista ja tehokasta suunnittelua ja rakentamista. ACIhas on lukuisia julkaisuja avustamaan suunnittelijoita ja rakentajia; tärkein osa rakennusten rakenteiden on nimeltään Building Code Requirements for Reinforcedcrete and Commentary. Se on tuotettu Committee 318 of American ConcreteInstitute ja sisältää perusohjeet rakennusmääräysten virkamiehille, arkkitehdit, insinöörit, ja rakentajat koskien Teräsbetonin käyttöä rakenteissa.Tietoja esitetään materiaaleista ja rakennuskäytännöistä, standarditesteistä,analyyseistä ja suunnittelusta sekä rakenteellisista järjestelmistä. Useimmat Yhdysvaltain koodiviranomaiset ovat hyväksyneet tämän asiakirjan standardiviitteeksi. Se tarjoaa kaikki vahvistuskokoja, valmistusta ja sijoittamista koskevat säännöt ja on invaluableresource sekä suunnittelijalle että detailerille.

ajoittaisia päivityksiä tapahtuu (1956, 1963, 1971, 1977, 1983, ja 1989), ja tässä tekstissä viitataan pysyvästi vuoden 1989 painokseen, ja sitä kutsutaan ACI: n säännöstöksi tai pelkästään säännöstöksi.Asiakirjat ja virkamiehet viittaavat siihen myös sen numeronimellä ACI 318-89.

3,7 viitteet

Boethius, A. and Ward1-Perkins, J. B. (1970). Etruskit ja romanArchitecture, Penguin Books, Middlesex, Englanti.
Cassie, W. F. (1965). “Ensimmäinen Rakenteellinen Vahvistinbetoni,” Rakenteellinen Betoni, 2 (10).
Collins, P. (1959). Concrete, visio uuden arkkitehtuurin, Faber ja Faber, Lontoo.
Condit, C. W. (1968). Amerikkalainen rakennus, materiaalit ja Tekniikkaensimmäisen siirtomaa siirtokunnat nykypäivään, University of Chicago Press.
Drexler, A. (1960). Ludwig Miles van der Rohe, George Braziller, New York.
Farebrother, J. E. C. (1962). “Betoni-menneisyys, nykyisyys ja tulevaisuus”, rakennesuunnittelija, Lokakuu.
Mainstone, R, J. (1975). Developments in Structural Form, the MITPress, Cambridge.