3. A beton tulajdonságai

3.1 A beton tulajdonságai

a beton egy mesterséges konglomerátumkő,amely lényegében Portlandcementből, vízből és aggregátumokból készül. Amikor először összekeverjük a víz és a cement alkotnak paszta, amelykörül minden egyes darab aggregátum, hogy egy műanyag keveréket. A víz és a cement között kémiai reakció zajlik, és a beton általában körülbelül 2 óra alatt változik műanyagból szilárd állapotba. Ezt követően a beton tovább erősödik, ahogy gyógyul. Az 1. ábrán egy tipikus erő-erősítési görbe látható. Az iparág a 28 napos szilárdságot alkalmazta referenciapontként, és a specifikációk gyakran utalnak a betonhengerek kompressziós tesztjeire, amelyeket 28 nappal az elkészítésük után összetörnek. A kapott szilárdság az f ‘ C megnevezést kapja

a kikeményedés első hetétől 10 napjáig fontos, hogy a beton ne fagyjon be vagy száradjon ki, mert ezek bármelyike, az események nagyon fontosak lennének a beton szilárdságának fejlődéséhez. Elméletileg, ha nedvesen tartjákkörnyezet, a beton örökre erősödik, de gyakorlati szempontból az erejének mintegy 90% – át az első 28 napban nyerik.

a betonnak szinte nincs szakítószilárdsága (általában a nyomószilárdságának körülbelül 10-15% – át mérik), ezért szinte soha nem használják valamilyen megerősítés nélkül. Nyomószilárdsága számos tényezőtől függ, beleértve az összetevők minőségét és arányát, valamint a kikeményedési környezetet. Az egyetlen legfontosabbaz erő mutatója a felhasznált víz aránya a cement mennyiségéhez képest.Alapvetően minél alacsonyabb ez az arány, annál nagyobb lesz a végső beton szilárdsága. (Ezt a koncepciót Duff Abrams, a Portland Cement Association fejlesztette ki az 1920-as évek elejénés ma világszerte használják.) Minimális w / c Arány (víz / cement arány) körülbelül 0,3 tömeg szükséges annak biztosításához, hogy a víz érintkezésbe kerüljön az összes cementrészecskével (ezáltal biztosítva a teljes hidratációt). Gyakorlatilag a tipikus értékek vannak0, 4-0.6 tartományban annak érdekében, hogy a működőképes konzisztencia, hogy a friss beton canbe helyezni a formák körül szorosan elhelyezett betonvasak.

a különböző betonerősségekre jellemző feszültség-alakváltozás görbéket a 2.ábra mutatja. A legtöbb szerkezeti beton f ‘ C értékei a 3000-5000 psi tartományban vannak. A sokemeletes épületek alacsonyabb emeletes oszlopai azonban néha 12 000 vagy 15 000 psi betonokat használnak, csökkentve az oszlop méreteit, amelyek egyébként szokatlanul nagyok lennének. Annak ellenére, hogy a 2.ábra azt jelzi, hogy az a maximális feszültség, amelyet a beton képes fenntartani, mielőtt összetörne, fordítottan változik az erősséggel, a 0,003-as értéket általában (egyszerűsítő intézkedésként) használják a designequations fejlesztésében.

mivel a betonnak nincs lineáris része a feszültség-alakváltozás görbéjéhez képest, nehéz felmérni a megfelelő rugalmassági modulus értékét. Körülbelül 6000 psi-ig terjedő betonok esetében ez a következőképpen közelíthető meg

(1)

ahol w az egység súlya (pcf), f ‘ C a henger szilárdsága (psi).(Fontos, hogy az F ‘ C egységeit psi-ben fejezzük ki, nem pedig ksi-ben, amikor a négyzetet vesszük). A vasbeton tömegsűrűsége normál homok és kő felhasználásával körülbelül 150 pcf. Ha ennek 5 pcf-je megengedett az acélra, és w-t az (1) egyenletben 145-nek vesszük, akkor

(2)

E az így kiszámított értékek elfogadhatónak bizonyultak az eltérítési számításokban való felhasználásra.
a beton kikeményedésekor zsugorodik, mert a hidratálásra nem használt víz fokozatosan elpárolog a megkeményedett keverékből. Nagy folytonos elemek esetén az ilyen zsugorodás túlzott húzófeszültség kialakulását eredményezheti, különösen, ha a magas víztartalom nagy zsugorodást eredményez. A beton, mint minden anyag, szintén térfogatváltozáson megy keresztülhőhatások, meleg időben pedig az exoterm hidratációs folyamat hője növeli ezt a problémát. Mivel a beton gyenge a feszültségben, gyakran repedések alakulnak ki az ilyen zsugorodás és a hőmérséklet változása miatt. Például, amikor egy frissen elhelyezett betonlab-on-grade a hőmérsékletváltozás miatt kitágul, belső nyomófeszültségeket alakít ki, mivel legyőzi a talajfelszín közötti súrlódást. Később, amikor a concretecools föld zsugorodik, ahogy megkeményedik), és megpróbálja összehúzódni, ez nem elég erős intension ellenállni az azonos súrlódási erők. Emiatt összehúzódás ízületek gyakranhasznált, hogy ellenőrizzék a helyét repedések, hogy elkerülhetetlenül előfordulnak, és az úgynevezett hőmérséklet andshrinkage megerősítése kerül irányokba, ahol erősítő még nem beenspecificed más okok miatt. Ennek a megerősítésnek az a célja, hogy befogadja az eredményező húzófeszültségeket, és minimalizálja a kialakuló repedések szélességét.

a zsugorodás és a hőhatások által okozott törzsek mellett a beton is deformálódik a kúszás miatt. A kúszás növeli a deformációt, amely akkor következik be, amikor egy anyag hosszú ideig magas stresszszintet tart fenn. Ha a folyamatosan alkalmazott terhelések (például holtterhelések) jelentős nyomófeszültségeket okoznak, kúszás következik be. Egy gerendában például a kúszás miatti további hosszú távú elhajlás akár kétszerese is lehetkezdeti rugalmas elhajlás a megnövekedett deformáció elkerülésének módja az, hogy a tartós terhelések miatti stresseket alacsony szinten tartsuk. Ez általában tömörítés hozzáadásával történikacél.

3,2 Keverési arányok

a beton összetevői tömeg vagy térfogat szerint arányosak lehetnek. A cél az, hogy minimális költséggel biztosítsa a kívánt szilárdságot és működőképességet. Néha vannakkülönleges követelmények, például kopásállóság, tartósság zord éghajlaton vagy vízáteresztő képesség, de ezek a tulajdonságok általában az erősséghez kapcsolódnak. Néha nagyobb szilárdságú betonokat határoznak meg, annak ellenére, hogy az alacsonyabb f ‘ C érték minden szerkezeti követelménynek megfelelt volna.

mint korábban említettük, alacsony víz-cement arányra van szükség az erős beton eléréséhez. Ezért úgy tűnik, hogy pusztán a cementtartalom magas tartásával elegendő vizet lehet használni a jó megmunkálhatósághoz, és még mindig alacsony a w/c aránya. A probléma az, hogycement a legköltségesebb az alapvető összetevők. A dilemma könnyen látható aa 3. ábra tematikus grafikonjai.

mivel a nagyobb aggregátumméretek viszonylag kisebb felületűek (a cementpaszta bevonásához), és mivel a kevesebb víz kevesebb cementet jelent, gyakran mondják, hogy a legnagyobb gyakorlati aggregátumméretet és a legmerevebb gyakorlati keveréket kell használni. (A legtöbb buildingelements vannak kialakítva, maximális összesített mérete 3/4 a 1 in, nagyobb méretű beingprohibited közelsége a vasbeton rudak.)

egy jól jelzi a víztartalom egy mix föld így a megmunkálhatóság) lehetett volna egy szabványos pangás vizsgálat. Ebben a tesztben egy magas 12 fémkúpot frissen töltünk betonnal meghatározott módon. A kúp felemelésekor a beton tömege lefelé”süllyed” (4.ábra), a függőleges esést pedig zuhanásnak nevezzük.A legtöbb betonkeverék 2-5 – es tartományban van.

3.3 Portlandcement

a Portlandcement alapanyagai a vasérc, a mész, az alumínium-oxid és a szilícium-dioxid, amelyeket az előállított cement típusától függően különböző arányban használnak fel. Ezeket őrlik, majd kemencében égetik el, hogy klinkert állítsanak elő. Lehűlés után a klinker nagyonvégi őrölt (körülbelül a textúra a talkum por), és egy kis mennyiségű gipszhozzáadjuk, hogy késleltesse a kezdeti beállítási idő. A Portlandcementnek öt alapvető típusa vanma használják:

• I. Típus-általános célú

• Típus-Szulfátálló, beton magas szulfáttartalmú talajokkal érintkezve

• Típus-Magas korai szilárdság, amely gyorsabban erősödik, mint az I. Típus, lehetővé téve a formák gyorsabb eltávolítását

• Típus-Alacsony hidratációs hő, masszív építéshez

• V Típus-súlyos szulfát ellenállás

az I. típus a legolcsóbb, és a legtöbb betonszerkezethez használják. TypeIII is gyakran használják, mert lehetővé teszi, hogy az űrlapok gyorsan újrafelhasználható, amely lehetővé teszi az építési idő kell csökkenteni. Fontos megjegyezni, hogy míg a III. Típus erősödikgyorsabb, mint az I. Típus, nem veszi hamarabb a kezdeti készletét).

3.4 aggregátumok

a finom aggregátum (homok) olyan részecskékből áll, amelyek áthaladhatnak egy 3/8 szitán;a durva aggregátumok mérete nagyobb, mint 3/8 hüvelyk. Az aggregátumoknak tisztának, keménynek ésjól Osztályozott, természetes hasítási síkok nélkül, mint például a pala vagy a pala.Az aggregátumok minősége nagyon fontos, mivel ezek a beton térfogatának körülbelül 60-75% – át teszik ki; lehetetlen jó betont készíteni rossz aggregátumokkal. Mind a finom, mind a durva adalékanyag osztályozása nagyon jelentős, mivel a teljes mérettartomány csökkenti a szükséges cementpaszta mennyiségét. A jól Osztályozott aggregátumok általában a keveréket is működőképesebbé teszik.

a normál beton homokból és kövekből készül, de könnyű beton előállítható ipari melléktermékek, például expandált salak vagy agyag felhasználásával könnyű aggregátumként. Ez a beton mindössze 90-125 pcf súlyú, és a gyengébb aggregátumok miatt a nagy szilárdságot nehezebb elérni. Azonban jelentős megtakarításokat lehet megvalósítani távon az épület Önsúly, ami nagyon fontos lehet, ha az épület bizonyos típusaittalaj. A szigetelőbeton perlit és vermikulit felhasználásával készül, súlya csak körülbelül 15-40 pcf, és nincs szerkezeti értéke.

3.5 adalékok

az adalékok olyan vegyi anyagok, amelyeket különleges célok elérése vagy bizonyos építési feltételek teljesítése érdekében adnak a keverékhez. Alapvetően négy típus létezik: levegőbevezető szerek, működőképességet elősegítő szerek, késleltető szerek és gyorsító szerek.

olyan éghajlaton, ahol a beton fagyás-olvadás ciklusnak van kitéve, a levegő szándékosan keveredik a betonnal milliárdnyi apró légbuborék formájában kb. 0,004 átmérőjű. A buborékok összekapcsolt utakat biztosítanak, így a víz a felszín közelében kiszökhet, amikor a fagyos hőmérséklet miatt kitágul. A levegő bevonása nélkül a beton felülete szinte mindig leszakad, ha ismételt fagyasztásnak ésfelolvasztásnak van kitéve. (A levegő bevonásának nagyon kedvező mellékhatása is van, hogy növekszikműködőképesség a víztartalom növekedése nélkül.) A beszorult levegőt nem szabad összekevernia beszorult levegővel, amely sokkal nagyobb üregeket hoz létre, és a beton helytelen elhelyezése és konszolidációja okozza. A befogott levegő, ellentétben a behúzott levegővel, sohahasznos.

a Vízredukálószereket és lágyítókat magában foglaló Megmunkálhatósági szerek csökkentik a cementrészecskék hajlamát arra, hogy a pelyhekben egymáshoz kötődjenek, és így elkerülik a teljes kiszáradást. Pernye, a szén elégetésének mellékterméke, amelynek van néhány cementitiousproperties, gyakran használják hasonló cél elérésére. A szuperplasztikátorok viszonylag új adalékok, amelyek keverékhez adva nagymértékben növelik a pangást, így a keverék rövid ideig nagyon Leveses, és lehetővé teszik az alacsony víztartalmú vagy egyébként nagyon merev beton könnyű elhelyezését. A szuperplasztikátorok felelősek a nagyon nagy szilárdságú betonok közelmúltbeli fejlesztéséért, amelyek némelyike meghaladja a 15 000 psimert nagymértékben csökkentik a felesleges víz szükségességét a működőképesség érdekében.

Retardereket használnak a betonkészlet lassítására, amikor nagy tömegeket kell elhelyezni, és a betonnak hosszú ideig műanyagnak kell maradnia, hogy megakadályozza a”hideg ízületek” kialakulását az egyik beton és a következő tétel között. Acceleratorsserve, hogy növelje a sebesség erősítés és csökkenti a kezdeti beállítási idő. Ez akkor lehet hasznos, ha a betont meredek lejtőn kell elhelyezni egyetlen formával, vagy mikorkívánatos csökkenteni azt az időtartamot, amely alatt a betont védeni kellfagyasztás. A legismertebb gyorsító a kalcium-klorid, amely növeli a hidratáció hőjét, ezáltal a beton gyorsabban áll fel.

egyéb típusú kémiai adalékanyagok széles körben kaphatók. Ezek némelyikének káros mellékhatásai lehetnek a beton erőnövekedésére, zsugorodására és egyéb jellemzőire, és a vizsgálati tételek ajánlottak, ha kétség merül fel egy adott keverék használatával kapcsolatban.

3.6 az ACI Kód

az American Concrete Institute (ACI), székhelye Detroit, Michigan, egy organizationof design szakemberek, kutatók, gyártók és kivitelezők. Az egyik funkciójaa betonszerkezetek biztonságos és hatékony tervezésének és építésének elősegítése. Az ACIhas számos kiadványt, hogy segítse a tervezők és építők; a legfontosabb interms épületszerkezetek című építési kód követelmények megerősített beton és kommentár. Az American ConcreteInstitute 318. Bizottsága készítette, és tartalmazza az építési kódex tisztviselőinek,építészeinek, mérnökeinek és építőinek alapvető irányelveit a vasbeton épületszerkezetekhez való felhasználásával kapcsolatban.Információkat mutatnak be az anyagokról és az építési gyakorlatokról,a szabványos vizsgálatokról, az elemzésről és a tervezésről, valamint a szerkezeti rendszerekről. Ezt a dokumentumot a mostbuilding code hatóságok az Egyesült Államokban standard referenciaként fogadták el. Ez biztosítja allrules tekintetében erősítő méretek, gyártás, és elhelyezése, és egy invaluableresource mind a tervező és a részletező.

időszakos frissítések történnek (1956, 1963, 1971, 1977, 1983, és 1989), és ez a szöveg tesziállandó hivatkozás az 1989-es kiadásra, ACI-kódnak vagy csupán kódnak nevezve.A dokumentumok és a tisztviselők számszerű megnevezéssel is hivatkoznak rá, ACI 318-89.

3.7 hivatkozások

Boethius, A. és Ward1-Perkins, J. B. (1970). Etruszk és római építészet, Penguin Books, Middlesex, Anglia.
Cassie, W. F. (1965). “Az Első Szerkezeti Megerősítettbeton,” Szerkezeti Beton, 2(10).
Collins, P. (1959). Beton, Az új építészet víziója, Faber és Faber, London.
Condit, C. W. (1968). Amerikai épületek, anyagok és Technikákaz első gyarmati településektől a mai napig, University of Chicago Press.
Drexler, A. (1960). Ludwig Miles Van der Rohe, George Braziller, New York.
Farebrother, J. E. C. (1962). “Beton-múlt, jelen ésjövő”, a szerkezeti mérnök, október.
Mainstone, R, J. (1975). Szerkezeti fejlesztések, a Mitpress, Cambridge.