3. Proprietățile betonului

3.1 proprietățile betonului

betonul este o piatră conglomerată artificială realizată în principal din ciment Portland,apă și agregate. Când se amestecă mai întâi apa și cimentul constituie o pastă careînconjoară toate piesele individuale de agregat pentru a face un amestec de plastic. O reacție chimică numită hidratare are loc între apă și ciment, iar betonul în mod normalschimbări de la un material plastic la o stare solidă în aproximativ 2 ore. Ulterior betoncontinuă să câștige forță pe măsură ce se vindecă. O curbă tipică de rezistență-câștig este prezentată în Figura1. Industria a adoptat puterea de 28 de zile ca punct de referință, iar specificațiilese referă adesea la testele de compresie ale buteliilor de beton care sunt zdrobite la 28 de zile dupăele sunt făcute. Rezistența rezultată este dată cu denumirea f ‘ C

în prima săptămână până la 10 zile de întărire, este important ca betonul să nu fie înghețat sau uscat, deoarece oricare dintre acestea, aparițiile ar fi foarte dăunătoare dezvoltării rezistenței betonului. Teoretic, dacă este păstrat într-un mediu umedmediu, betonul va câștiga forță pentru totdeauna, totuși, în termeni practici, aproximativ 90% din puterea sa este câștigată în primele 28 de zile.

betonul nu are aproape nici o rezistență la tracțiune (de obicei măsurată pentru a fi de aproximativ 10 până la 15% din rezistența sa la compresiune) și, din acest motiv, este aproape niciodată folosit fără o formă de întărire. Rezistența sa la compresiune depinde de mulți factori, inclusiv calitatea și proporțiile ingredientelor și mediul de întărire. Cel mai importantindicatorul rezistenței este raportul dintre apa utilizată în comparație cu cantitatea de ciment.Practic, cu cât acest raport este mai mic, cu atât va fi mai mare rezistența finală a betonului. (Acest concept a fost dezvoltat de Duff Abrams de la Asociația de ciment Portland la începutul anilor 1920 și este utilizat astăzi la nivel mondial.) Este necesar un raport w/c minim (raport apă-ciment) de aproximativ 0,3 în greutate pentru a se asigura că apa intră în contact cu toate particulele de ciment (asigurând astfel o hidratare completă). În termeni practici, valorile tipice sunt înde la 0,4 la 0.Gama 6 pentru a obține o consistență funcțională, astfel încât betonul proaspăt să poată fi plasat în forme și în jurul barelor de armare strâns distanțate.

curbele tipice de tensiune-tensiune pentru diferite rezistențe ale betonului sunt prezentate în Figura 2. Majoritatea betoanelor structurale au valori f ‘ C în intervalul 3000-5000 psi. Cu toate acestea, nivelurile inferioare ale clădirilor înalte vor utiliza uneori betoane de 12.000 sau 15.000 psi pentru a reduce dimensiunile coloanei care altfel ar fi excesiv de mari. Chiar dacăfigura 2 indică faptul că tensiunea maximă pe care betonul o poate susține înainte de zdrobire variază invers cu rezistența, se ia de obicei o valoare de 0,003 (ca măsură simplificatoare) pentru utilizarea în dezvoltarea proiectărilor.

deoarece betonul nu are o porțiune liniară a curbei sale de tensiune-tulpină, este dificil să se măsoare un modul adecvat al valorii elasticității. Pentru betoane de până la aproximativ 6000 psi se poate aproxima ca

(1)

unde w este greutatea unitară (pcf), f ‘ C este rezistența cilindrului (psi).(Este important ca unitățile de f ‘ C să fie exprimate în psi și nu ksi ori de câte ori este luat squareroot). Densitatea în greutate a betonului armat folosind nisip și piatră normalăagregate este de aproximativ 150 pcf. Dacă 5 pcf din acest lucru este permis pentru oțel și w este luat as145 în ecuația (1), atunci

(2)

valorile e astfel calculate s-au dovedit a fi acceptabile pentru utilizare în deviere.
pe măsură ce betonul se vindecă, se micșorează, deoarece apa neutilizată pentru hidratare se evaporă treptat din amestecul întărit. Pentru elementele continue mari, o astfel de contracție poate duce la dezvoltarea excesului de stres la tracțiune, în special dacă un conținut ridicat de apă determină o contracție mare. Betonul, ca toate materialele, suferă, de asemenea, modificări de volum datorităefecte termice, iar în vreme caldă căldura din procesul de hidratare exotermă se adaugă laaceastă problemă. Deoarece betonul este slab în tensiune, acesta va dezvolta adesea fisuri din cauza acestoraschimbări de contracție și temperatură. De exemplu, atunci când un beton proaspăt plasatlab-on-grade se extinde datorită schimbării temperaturii, se dezvoltă stres compresiv interndeoarece depășește frecarea dintre acesta și suprafața solului. Mai târziu, când terenul betonului se micșorează pe măsură ce se întărește) și încearcă să se contracte, nu este suficient de puternic pentru a rezista acelorași forțe de frecare. Din acest motiv, articulațiile de contracție sunt deseorifolosit pentru a controla localizarea fisurilor care apar inevitabil și așa-numita temperatură șiarmarea de contracție este plasată în direcții în care armarea nu a fost dejaspecificate din alte motive. Scopul acestei consolidări este de a acomodarearezultând solicitări de tracțiune și pentru a minimiza lățimea fisurilor care se dezvoltă.

pe lângă tulpinile cauzate de contracție și efecte termice, betonul se deformeazădatorită fluajului. Fluajul crește deformarea care are loc atunci când un material susține un nivel ridicat de stres pe o perioadă lungă de timp. Ori de câte ori încărcările aplicate în mod constant (cum ar fi încărcările moarte) determină apariția unor solicitări de compresiune semnificative, va rezulta fluaj. Într-un fascicul, de exemplu, deformarea suplimentară pe termen lung datorată fluajului poate fi de până la două ori deformarea elastică inițială modul de a evita această deformare crescută este de a menținestresele datorate sarcinilor susținute la un nivel scăzut. Acest lucru se face de obicei prin adăugarea de compresieoțel.

3.2 proporții de amestec

ingredientele betonului pot fi proporționate în funcție de greutate sau volum. Scopul este de aasigură puterea și lucrabilitatea dorite la cheltuieli minime. Uneori existăcerințe speciale, cum ar fi rezistența la abraziune, durabilitatea în climatele dure sau impermeabilitatea apei, dar aceste proprietăți sunt de obicei legate de rezistență. Uneori sunt specificate betoane de rezistență mai mare, chiar dacă o valoare f ‘ C mai mică ar fi îndeplinit toate cerințele structurale.

după cum am menționat anterior, este necesar un raport scăzut apă-ciment pentru a obține beton puternic. Prin urmare, s-ar părea că, prin simpla menținere a conținutului de ciment ridicat, s-ar putea folosi suficientă apă pentru o bună lucrabilitate și încă mai au un raport W/c scăzut. Problema este căcimentul este cel mai costisitor dintre ingredientele de bază. Dilema este ușor de văzut înschematice grafice din Figura 3.

deoarece dimensiunile agregate mai mari au suprafețe relativ mai mici (pentru ca pasta de ciment să fie acoperită) și din moment ce mai puțină apă înseamnă mai puțin ciment, se spune adesea că ar trebuifolosiți cea mai mare dimensiune agregată practică și cel mai rigid amestec practic. (Majoritatea elementelor de construcție sunt construite cu o dimensiune maximă agregată de 3/4 până la 1 in, dimensiunile mai mari fiind interzise de apropierea barelor de armare.)

o bună indicație a conținutului de apă al unui teren de amestec, astfel încât lucrabilitatea) poate fi obținută dintr-un test standard de criză. În acest test, un con metalic 12 în înălțime este umplut cu beton proaspăt într-o manieră specificată. Când conul este ridicat, masa betonului” scade ” în jos (Figura 4) și căderea verticală este denumită criză.Majoritatea amestecurilor de beton au scăderi în intervalul 2 – 5-in.

3.3 ciment Portland

ingredientele prime ale cimentului Portland sunt minereul de fier, var, alumină și silice, care sunt utilizate în diferite proporții, în funcție de tipul de ciment fabricat. Acestea sunt îngrămădite și arse într-un cuptor pentru a produce un clincher. După răcire, clincherul este foarteteren de finisare (la aproximativ textura pulberii de talc) și o cantitate mică de gips esteadăugat pentru a întârzia timpul inițial de setare. Există cinci tipuri de bază de ciment Portland înutilizați astăzi:

• Tipul I-scop General

• tip II – rezistent la sulfat, beton în contact cu soluri cu conținut ridicat de sulfat

• tipul III-rezistență timpurie ridicată, care câștigă rezistență mai repede decât tipul I, permițând eliminarea mai rapidă a formelor

• tip IV-căldură scăzută de hidratare, pentru utilizare în construcții masive

• tipul V – rezistent la sulfat sever

Tipul I este cel mai puțin costisitor și este utilizat pentru majoritatea structurilor din beton. TypeIII este, de asemenea, frecvent utilizat, deoarece permite reutilizarea rapidă a formularelor, permițând reducerea timpului de construcție. Este important să rețineți că, în timp ce tipul III câștigă puteremai repede decât Tipul I, nu își ia setul inițial mai devreme).

3.4 agregate

agregatul fin (nisip) este alcătuit din particule care pot trece printr-o sită de 3/8;agregatele grosiere au dimensiuni mai mari de 3/8 inch. Agregatele trebuie să fie curate, dure șibine clasificate, fără planuri naturale de scindare, cum ar fi cele care apar în ardezie sau șisturi.Calitatea agregatelor este foarte importantă, deoarece acestea reprezintă aproximativ 60 până la 75% din volumul betonului; este imposibil să se facă beton bun cu agregate slabe. Clasificarea atât a agregatelor fine, cât și a celor grosiere este foarte semnificativă, deoarece având o gamă completă de dimensiuni reduce cantitatea de pastă de ciment necesară. Agregatele bine clasificate tind să facăamestecul mai funcțional.

betonul Normal este realizat folosind nisip și pietre, dar se poate realiza beton ușorfolosind subproduse industriale, cum ar fi zgura expandată sau argila ca agregate ușoare. Acestbeton cântărește doar 90 până la 125 pcf și rezistențele ridicate sunt mai dificil de realizatdin cauza agregatelor mai slabe. Cu toate acestea, se pot realiza economii considerabile în termeni de auto-greutate a clădirii, care poate fi foarte importantă atunci când se construiește pe anumite tipuri de sol. Betonul izolant este realizat folosind perlit și vermiculit, cântărește doar aproximativ 15to 40 pcf și nu are valoare structurală.

3.5 adaosuri

adaosuri sunt substanțe chimice care sunt adăugate la amestec pentru a atinge scopuri speciale sau pentru a îndeplini anumite condiții de construcție. Există practic patru tipuri: agenți de antrenare a aerului, agenți de lucrabilitate, agenți de întârziere și agenți de accelerare.

în climatele în care betonul va fi expus ciclurilor de îngheț-dezgheț, aerul este amestecat în mod deliberat cu betonul sub formă de miliarde de bule mici de aer cu diametrul de aproximativ 0,004 in. Bulele oferă căi interconectate, astfel încât apa din apropierea suprafeței să poată scăpa pe măsură ce se extinde din cauza temperaturilor de îngheț. Fără antrenarea aerului, suprafața betonului se va îndepărta aproape întotdeauna atunci când este supusă înghețării repetate și dezghețării. (Antrenarea aerului are, de asemenea, efectul secundar foarte benefic de creșterefuncționabilitate fără o creștere a conținutului de apă.) Aerul antrenat nu trebuie confundat cu aerul prins, care creează goluri mult mai mari și este cauzat de amplasarea necorespunzătoare și consolidarea betonului. Aerul prins, spre deosebire de aerul antrenat, nu este niciodatăbenefic.

agenții de lucrabilitate, care includ agenți de reducere a apei și plastifianți, servesc la reducerea tendinței particulelor de ciment de a se lega împreună în flocuri și, astfel, de a scăpa de uscarea completă. Cenușa zburătoare, un produs secundar al arderii cărbunelui care are unele cimenteproprietăți, este adesea folosit pentru a realiza un scop similar. Superplasticizatoarele suntrelativ noi aditivi care, atunci când sunt adăugați la un amestec, servesc la creșterea declinului, făcând amestecul foarte soupy pentru o perioadă scurtă de timp și permițând plasarea cu ușurință a unui beton cu conținut scăzut de apă sau altfel foarte rigid). Superplastifianții sunt responsabilipentru dezvoltarea recentă a betoanelor cu rezistență foarte mare, unele peste 15.000 psibdeoarece reduc foarte mult nevoia de exces de apă pentru lucrabilitate.

Retarderele sunt utilizate pentru a încetini setul de beton atunci când trebuie plasate mase mari, iar betonul trebuie să rămână plastic pentru o perioadă lungă de timp pentru a preveni formarea de”îmbinări reci” între un lot de beton și următorul lot. Acceleratoareservesc la creșterea ratei de câștig a forței și la scăderea timpului inițial de setare. Acest lucru poate fi benefic atunci când betonul trebuie așezat pe o pantă abruptă cu o singură formă sau cândeste de dorit să se reducă perioada de timp în care betonul trebuie protejat deînghețare. Cel mai cunoscut accelerator este clorura de calciu, care acționează pentru a crește heatof hidratare, determinând astfel betonul să se instaleze mai repede.

alte tipuri de aditivi chimici sunt disponibile pentru o gamă largă de scopuri. Unele dintre acestea pot avea efecte secundare dăunătoare asupra câștigului de rezistență, contracției și altelecaracteristicile betonului și loturile de testare sunt recomandabile dacă există îndoieli cu privire la utilizarea unui anumit amestec.

3.6 codul ACI

Institutul American de beton (Aci), cu sediul în Detroit, Michigan, este o organizație de profesioniști în proiectare, cercetători, producători și constructori. Una dintre funcțiile sale estepentru a promova proiectarea și construcția sigură și eficientă a structurilor din beton. ACIhas numeroase publicații pentru a ajuta designeri și constructori; cel mai important unul din interiorul structurilor de construcție este intitulat cerințe de cod de construcție pentru beton armat și comentarii. Este produs de Comitetul 318 al ConcreteInstitute American și conține liniile directoare de bază pentru oficialii codului de construcție, arhitecți,ingineri și constructori cu privire la utilizarea betonului armat pentru structurile de construcție.Sunt prezentate informații privind materialele și practicile de construcție,testele standard, analiza și proiectarea și sistemele structurale. Acest document a fost adoptat de majoritateaautoritățile codului de construcție din Statele Unite ca referință standard. Acesta oferă allrules privind consolidarea dimensiuni, fabricatie, și plasarea și este o sursă de invaluableresource atât pentru proiectant și detailer.

apar actualizări periodice(1956, 1963, 1971, 1977, 1983, și 1989), iar acest text faceo referință constantă la ediția din 1989, numindu-l Codul ACI sau doar codul.Documentele și oficialii se referă, de asemenea, la aceasta prin denumirea sa numerică, ACI 318-89.

3.7 referințe

Boethius, A. și Ward1-Perkins, J. B. (1970). Etruscă și romanarhitectura, Penguin Books, Middlesex, Anglia.
Cassie, W. F. (1965). “Prima Structură Întărităbeton”, Beton Structural, 2 (10).
Collins, P. (1959). Concret, viziunea unei noi arhitecturi, Faber și Faber, Londra.
Condit, C. W. (1968). Clădiri, materiale și tehnici americanede la primele așezări coloniale până în prezent, University of Chicago Press.
Drexler, A. (1960). Ludwig Miles van der Rohe, George Braziller, New York.
Farebrother, J. E. C. (1962). “Beton-Trecut, Prezent șiviitor”, inginerul structural, octombrie.
Mainstone, R, J. (1975). Evoluții în formă structurală, MITPress, Cambridge.