3. Eigenschappen van beton

3.1 eigenschappen van beton

beton is een kunstmatige conglomeraatsteen die hoofdzakelijk bestaat uit Portlandcement,water en aggregaten. Wanneer eerst gemengd het water en cement vormen een pasta dieomloop alle afzonderlijke stukken aggregaat om een plastic mengsel te maken. Een chemische reactie genaamd hydratatie vindt plaats tussen het water en cement, en beton normaal gesproken verandert van een plastic naar een vaste toestand in ongeveer 2 uur. Daarna blijft het beton aan kracht winnen terwijl het geneest. Een typische strength-gain curve wordt weergegeven in Figuur 1. De industrie heeft de sterkte van 28 dagen als referentiepunt gekozen en de specificaties verwijzen vaak naar compressieproeven van betoncilinders die 28 dagen na de vervaardiging ervan worden verbrijzeld. De resulterende sterkte krijgt de aanduiding f ‘ C

tijdens de eerste week tot 10 dagen van het uitharden is het belangrijk dat het beton niet kan bevriezen of uitdrogen, omdat een van deze gebeurtenissen zeer nadelig zou zijn voor de krachtontwikkeling van het beton. Theoretisch, indien bewaard in een vochtige omgeving, beton zal sterkte voor altijd winnen, echter, in praktische termen, ongeveer 90% van zijn sterkte wordt gewonnen in de eerste 28 dagen.

beton heeft bijna geen treksterkte (meestal gemeten op ongeveer 10 tot 15% van zijn druksterkte) en daarom wordt het vrijwel nooit gebruikt zonder enige vorm van versteviging. De druksterkte hangt af van vele factoren, met inbegrip van de kwaliteit enverschillen van de ingrediënten en de uithardingsomgeving. De belangrijkste indicator van de sterkte is de verhouding van het gebruikte water in vergelijking met de hoeveelheid cement.Kortom, hoe lager deze verhouding is, hoe hoger de uiteindelijke betonsterkte zal zijn. (Dit concept werd ontwikkeld door Duff Abrams van de Portland Cement Association in het begin van 1920 en is vandaag wereldwijd in gebruik.) Een minimale w / c Verhouding (water-cementverhouding) van ongeveer 0,3 gewicht is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat het water in contact komt met alle cementdeeltjes (waardoor volledige hydratatie wordt gegarandeerd). In de praktijk liggen de typische waarden tussen 0,4 en 0.6 bereik om een werkbare consistentie te bereiken, zodat Vers beton kan worden geplaatst in de vormen en rond dicht op elkaar geplaatste betonstaven.

typische spannings-rekcurves voor verschillende betonsterkten zijn weergegeven in Figuur 2. De meeste betonconstructies hebben f ‘ C-waarden in het bereik van 3000 tot 5000 psi. Echter, lagere verdiepingen van hoogbouw zullen soms betonnen van 12.000 of 15.000 psi gebruiken om de kolomafmetingen te verminderen die anders buitensporig groot zouden zijn. Zelfs al geeft figuur 2 aan dat de maximale belasting die beton kan dragen voordat het verplettert omgekeerd varieert met de sterkte, Een waarde van 0,003 wordt meestal genomen (als een vereenvoudiging maatregel) voor gebruik bij de ontwikkeling van ontwerpevaluaties.

omdat beton geen lineair deel aan zijn spanning-strain curve heeft, is het moeilijk om een juiste modulus van elasticiteitswaarde te meten. Voor beton tot ongeveer 6000 psi kan het worden benaderd als

(1)

waar w het eenheidsgewicht (pcf) is, is f ‘ c de cilindersterkte (psi).(Het is belangrijk dat de eenheden van f ‘ C worden uitgedrukt in psi en niet ksi wanneer de squareroot wordt genomen). De gewichtsdichtheid van gewapend beton met normaal zand en steenaggregaten is ongeveer 150 pcf. Als 5 pcf hiervan is toegestaan voor het staal en w wordt genomen als145 in vergelijking (1), dan

(2)

de aldus berekende e-waarden zijn aanvaardbaar gebleken voor gebruik bij afbuigingsberekeningen.
wanneer beton uithardt, krimpt het omdat het niet voor hydratatie gebruikte water geleidelijk verdampt uit het geharde mengsel. Voor grote continue elementen kan dergelijke krimp resulteren in deontwikkeling van overspanning, vooral als een hoog watergehalte leidt tot een grote krimp. Beton, zoals alle materialen, ondergaat ook volumeveranderingen als gevolg van thermische effecten, en bij warm weer de warmte van de exotherme hydratatie proces draagt bij aan dit probleem. Aangezien beton is zwak in spanning, zal het vaak ontwikkelen scheuren als gevolg van dergelijke krimp en temperatuurveranderingen. Bijvoorbeeld, wanneer een vers geplaatst betonlab-on-grade uitzet als gevolg van temperatuurverandering, ontwikkelt het interne drukstresses als het overwint de wrijving tussen het en het grondoppervlak. Later wanneer de betonkolen land krimpt als het verhardt) en probeert te samentrekken, is het niet sterk genoeg intentie om dezelfde wrijvingskrachten te weerstaan. Om deze reden contractie gewrichten vaak worden gebruikt om de locatie van scheuren die onvermijdelijk optreden te controleren en zogenaamde temperatuur en krimpversterking wordt geplaatst in richtingen waar versterking nog niet is gespecificeerd om andere redenen. Het doel van deze versterking is de resulterende trekspanningen op te vangen en de breedte van scheuren die zich ontwikkelen te minimaliseren.

naast spanningen veroorzaakt door krimp en thermische effecten, vervormt beton ook als gevolg van kruip. Kruip is toenemende vervorming die plaatsvindt wanneer een materiaal een hoge stressniveau gedurende een lange periode ondersteunt. Wanneer voortdurend toegepaste belastingen (zoals deadloads) leiden tot aanzienlijke drukspanningen optreden, kruip zal resulteren. In een straal bijvoorbeeld kan de extra lange doorbuiging als gevolg van kruip wel twee keer zo groot zijn als de eerste elastische afbuiging.om deze verhoogde vervorming te voorkomen, moeten de door aanhoudende belastingen veroorzaakte dwarsbalken op een laag niveau worden gehouden. Dit wordt meestal gedaan door compressionsteel toe te voegen.

3.2 mengverhoudingen

de ingrediënten van beton kunnen worden geproportioneerd naar gewicht of volume. Het doel is om tegen minimale kosten de gewenste sterkte en werkbaarheid te bieden. Soms zijn er speciale eisen zoals slijtvastheid, duurzaamheid in ruwe klimaten, of waterimpermeabiliteit, maar deze eigenschappen zijn meestal gerelateerd aan sterkte. Soms worden beton met een hogere sterkte gespecificeerd, hoewel een lagere f ‘ C-waarde aan alle structurele vereisten zou hebben voldaan.

zoals eerder vermeld, is een lage water / cementverhouding nodig om sterk beton te bereiken. Het lijkt er dus op dat men, door alleen het cementgehalte hoog te houden, voldoende water kan gebruiken voor een goede verwerkbaarheid en toch een lage w/c-Verhouding kan hebben. Het probleem is datcement is de duurste van de basisingrediënten. Het dilemma is gemakkelijk te zien in Deschematische grafieken van Figuur 3.

aangezien grotere aggregaten relatief kleinere oppervlakken hebben (voor de cementpasta om te coaten) en omdat minder water minder cement betekent, wordt vaak gezegd dat men de grootste praktische aggregaatgrootte en de stijfste praktische mix moet gebruiken. (De meeste bouwelementen zijn gebouwd met een maximale totale grootte van 3/4 tot 1 in, grotere maten worden belemmerd door de nabijheid van de betonstaven.)

een goede indicatie van het watergehalte van een mengland, zodat de werkbaarheid) kan worden verkregen uit een standaard inzinktest. In deze test wordt een metalen kegel 12 in hoog op een bepaalde manier gevuld met vers beton. Wanneer de kegel wordt opgetild, zakt de betonmassa naar beneden (Figuur 4) en wordt de verticale val aangeduid als de inzinking.De meeste betonmixen hebben inzinkingen in het 2-tot 5-bereik.

3.Portlandcement

de grondstoffen van Portlandcement zijn ijzererts, kalk, aluminiumoxide en siliciumdioxide, die in verschillende verhoudingen worden gebruikt, afhankelijk van het type cement dat wordt vervaardigd. Deze worden gemalen en gebakken in een oven om een klinker te produceren. Na afkoeling is de klinker zeer fijngemalen (tot ongeveer de textuur van talkpoeder) en een kleine hoeveelheid gips wordt toegevoegd aan de initiële insteltijd te vertragen. Er zijn vijf basistypes van Portland cement in gebruik vandaag:

• Type I – Algemene doel

• Type II – Sulfaat weerstand van beton in contact met hoge sulfaat bodem

• Type III – Hoge aanvangssterkte, die aan kracht wint sneller dan Type I, waardoor de vormen worden sneller verwijderd

• Type IV – Lage warmte van hydratatie voor gebruik in massieve constructie

• Type V – Ernstige sulfaat weerstand

Type I is de minst dure en wordt gebruikt voor de meerderheid van betonconstructies. Type III wordt ook vaak gebruikt omdat het formulieren snel kan worden hergebruikt, waardoor de bouwtijd kan worden verkort. Het is belangrijk op te merken dat, terwijl Type III krijgt sterkte sneller dan Type I, het niet de eerste set niet eerder).

3,4 aggregaten

fijn aggregaat (zand) bestaat uit deeltjes die door een zeef van 3/8 inch kunnen;Grove aggregaten zijn groter dan 3/8 inch. Aggregaten moeten schoon, hard en goed gesorteerd zijn, zonder natuurlijke splitsingsvlakken zoals die in leisteen of leisteen voorkomen.De kwaliteit van de aggregaten is zeer belangrijk, aangezien zij ongeveer 60 tot 75% van het volume van het beton uitmaken; het is onmogelijk om goed beton te maken met slechte aggregaten. De indeling van zowel fijn als grof aggregaat is zeer belangrijk, omdat het hebben van een volledige waaier van maten vermindert de hoeveelheid cementpasta die nodig is. Goed gesorteerde aggregaten hebben de neiging om de mix ook werkbaarder te maken.

normaal beton wordt gemaakt met zand en stenen, maar licht beton kan worden gemaakt met behulp van industriële bijproducten zoals geëxpandeerde slakken of klei als lichtgewicht aggregaten. Dit complex weegt slechts 90 tot 125 pcf en hoge sterkten zijn moeilijker te bereiken vanwege de zwakkere aggregaten. Er kunnen echter aanzienlijke besparingen worden gerealiseerd in termen van het eigen gewicht van het gebouw, wat zeer belangrijk kan zijn bij het bouwen op bepaalde soorten grond. Isolatiebeton is gemaakt met behulp van perliet en vermiculiet, het weegt slechts ongeveer 15 tot 40 pcf en heeft geen structurele waarde.

3,5 Bijmengsels

Bijmengsels zijn chemische stoffen die aan het mengsel worden toegevoegd om speciale doeleinden te bereiken of om bepaalde constructieomstandigheden te verhelpen. Er zijn in principe vier soorten: lucht-entrainingagents, werkbaarheidagenten, vertragende agenten, en versnellende agenten.

in klimaten waar het beton zal worden blootgesteld aan cycli van bevriezen-ontdooien, wordt de lucht voorzichtig vermengd met het beton in de vorm van miljarden kleine luchtbellen met een diameter van ongeveer 0,004 in. De bellen zorgen voor onderling verbonden paden zodat water in de buurt van het oppervlak kan ontsnappen als het uitzet als gevolg van vriestemperaturen. Zonder luchtintraining zal het oppervlak van beton bijna altijd afspatten bij herhaalde bevriezing en zagen. (Lucht-entraining heeft ook het zeer gunstige neveneffect van het verhogen vanwerkbaarheid zonder een toename van het watergehalte.) Ingesloten lucht mag niet worden verward met ingesloten lucht, die veel grotere Holten creëert en wordt veroorzaakt door onjuiste plaatsing en consolidatie van het beton. Ingesloten lucht is, in tegenstelling tot ingesloten lucht, nooit voordelig.

Werkbaarheidsmiddelen, waaronder waterreducerende stoffen en weekmakers, dienen om de neiging van cementdeeltjes om samen te binden in vlokken te verminderen en zo te ontsnappen aan volledige droogheid. Vliegas, een bijproduct van de verbranding van steenkool dat enige cementhoudende eigenschappen heeft, wordt vaak gebruikt om een soortgelijk doel te bereiken. Superplasticizers zijn relatief nieuwe mengsels die, wanneer toegevoegd aan een mengsel, dienen om de slumpgreatly te verhogen, waardoor het mengsel zeer soupy voor een korte tijd en waardoor een laag-water-inhoud of anders zeer stijf) beton gemakkelijk kan worden geplaatst. Superplasticizers zijn verantwoordelijk voor de recente ontwikkeling van zeer hoge sterkte beton, sommige meer dan 15.000 psibe omdat ze sterk verminderen de behoefte aan overtollig water voor werkbaarheid.

Retarders worden gebruikt om het betonstel te vertragen wanneer grote massa ‘s moeten worden geplaatst en het beton moet gedurende lange tijd kunststof blijven om de vorming van”koude voegen” tussen de ene partij beton en de volgende partij te voorkomen. Acceleratorsserve om de snelheid van sterktewinst te verhogen en om de initiële insteltijd te verkorten. Dit kan nuttig zijn wanneer beton moet worden geplaatst op een steile helling met een enkele vorm of wanneer het wenselijk is om de periode waarin beton moet worden beschermd tegen bevriezing verkorten. De bekendste versneller is calciumchloride, dat werkt om de warmte van hydratatie te verhogen, waardoor het beton sneller op te zetten.

andere soorten chemische additieven zijn beschikbaar voor een breed scala van doeleinden. Sommige hiervan kunnen schadelijke bijwerkingen hebben op sterkteaanwinst, krimp en andere kenmerken van beton, en testpartijen zijn aan te raden als er twijfel bestaat over het gebruik van een bepaald mengsel.

3.6 de ACI Code

het American Concrete Institute (ACI), gevestigd in Detroit, Michigan, is een organisatie van ontwerpprofessionals, onderzoekers, producenten en constructeurs. Een van de functies is het bevorderen van een veilig en efficiënt ontwerp en de bouw van betonconstructies. De ACIhas tal van publicaties ter ondersteuning van ontwerpers en bouwers; de belangrijkste interms van bouwstructuren is getiteld Building Code Requirements for Reinforcedbeton and Commentary. Het is geproduceerd door Comité 318 van het American ConcreteInstitute en bevat de basisrichtlijnen voor de bouwcode ambtenaren, architecten,ingenieurs, en bouwers met betrekking tot het gebruik van gewapend beton voor bouwconstructies.Er wordt informatie gegeven over materialen en constructiepraktijken, standaardtests,analyse en ontwerp, en structurele systemen. Dit document is door de mostbuilding code authorities in de Verenigde Staten als standaardreferentie aangenomen. Het biedt alle regels met betrekking tot versterkende maten, fabricage en plaatsing en is een invaluableresource voor zowel de ontwerper als de detailer.

periodieke updates komen voor (1956, 1963, 1971, 1977, 1983, en 1989), en deze tekst maakt een permanente verwijzing naar de editie van 1989, die de ACI-Code of slechts de Code wordt genoemd.Documenten en ambtenaren verwijzen er ook naar door zijn numerieke benaming, ACI 318-89.

3.7 referenties

Boethius, A. and Ward1-Perkins, J. B. (1970). Etruskische en Romeinse architectuur, Penguin Books, Middlesex, Engeland.
Cassie, W. F. (1965). “The First Structural Reinforcedbeton,” Structural Concrete, 2 (10).
Collins, P. (1959). Concrete, de visie van een nieuwe architectuur, Faber en Faber, Londen. Condit, C. W. (1968). Amerikaanse bouw, materialen en Techniekenvan de eerste koloniale nederzettingen tot het heden, University Of Chicago Press.
Drexler, A. (1960). Ludwig Miles van der Rohe, George Braziller, New York.
Farebrother, J. E. C. (1962). “Beton-verleden, heden en toekomst,” de bouwkundig ingenieur, oktober.
Mainstone, R, J. (1975). Ontwikkelingen in structurele vorm, The MITPress, Cambridge.