3. Egenskaper hos betong

3.1 egenskaper hos betong

betong är en konstgjord konglomeratsten tillverkad huvudsakligen av Portlandcement,vatten och aggregat. När först blandas vatten och cement utgör en pasta somomger alla enskilda bitar av aggregat för att göra en plastblandning. En kemikaliereaktion som kallas hydrering sker mellan vattnet och cementet och betong normaltbyter från en plast till ett fast tillstånd på ca 2 timmar. Därefter fortsätter betongen att få styrka när den botar. En typisk styrka-förstärkningskurva visas i Figur1. Industrin har antagit 28-dagars styrka som referenspunkt, och specifikationeravser ofta kompressionsprov av betongcylindrar som krossas 28 dagar efterde är gjorda. Den resulterande styrkan ges beteckningen f ‘ C

under den första veckan till 10 dagar av härdning är det viktigt att betongen inte bepermitted att frysa eller torka ut eftersom någon av dessa, händelser skulle vara verydetrimental till styrkan utvecklingen av betongen. Teoretiskt, om den hålls i en fuktigmiljö, betong kommer att få styrka för alltid, men i praktiken uppnås cirka 90% av dess styrka under de första 28 dagarna.

betong har nästan ingen draghållfasthet (vanligtvis mätt för att vara ca 10 till 15% av desskompressionsstyrka), och av den anledningen används den nästan aldrig utan någon form avförstärkning. Dess tryckhållfasthet beror på många faktorer, inklusive kvalitet ochproportioner av ingredienserna och härdningsmiljön. Den enskilt viktigasteindikator för styrka är förhållandet mellan det använda vattnet jämfört med mängden cement.I grund och botten är ju lägre detta förhållande desto högre blir den slutliga betongstyrkan. (Thisconcept utvecklades av Duff Abrams från Portland Cement Association i början av 1920-talet och används idag över hela världen.) Ett minsta w / c-förhållande (vatten-till-cement-förhållande) på ca 0,3 i vikt är nödvändigt för att säkerställa att vattnet kommer i kontakt med alla cementpartiklar (vilket säkerställer fullständig hydrering). I praktiken är typiska värden i0,4 till 0.6 räckvidd för att uppnå en fungerande konsistens så att färsk betong kanplaceras i formerna och runt tätt placerade armeringsstänger.

typiska spännings-töjningskurvor för olika betongstyrkor visas i Figur 2. Moststructural concretes har f ‘ c-värden i intervallet 3000 till 5000 psi. Emellertid kommer höghus i lägre våningar ibland att använda betong på 12 000 eller 15 000 psi för att minska kolonndimensionerna som annars skulle vara oerhört stora. Även om figur 2 indikerar att den maximala belastningen som betong kan upprätthålla innan den krossas varierar omvänt med styrka, tas vanligtvis ett värde av 0,003 (som en förenklande åtgärd) för användning vid utveckling av designequations.

eftersom betong inte har någon linjär del till sin spännings-töjningskurva är det svårt att mäta en korrekt elasticitetsmodul. För betong upp till ca 6000 psi kan det vara ungefär som

(1)

där w är enhetens vikt (pcf), f ‘ C är cylinderstyrkan (psi).(Det är viktigt att enheterna i f ‘ C uttrycks i psi och inte ksi när squareroot tas). Viktdensiteten hos armerad betong med vanlig sand och stenaggregat är ca 150 pcf. Om 5 pcf av detta är tillåtet för stålet och w tas as145 i ekvation (1), då

(2)

e-värden som sålunda beräknats har visat sig vara acceptabla för användning vid avböjningberäkningar.
som betong botar det krymper eftersom vattnet som inte används för hydrering gradvis avdunstar från den härdade blandningen. För stora kontinuerliga element kan sådan krympning resultera i utveckling av överskott av dragspänning, särskilt om en hög vattenhalt medför en stor krympning. Betong, som alla material, genomgår också volymförändringar på grund avtermiska effekter, och i varmt väder lägger värmen från den exoterma hydratiseringsprocessen tillDetta problem. Eftersom betongen är svag i spänning, kommer det ofta att utveckla sprickor på grund av sådanakrympning och temperaturförändringar. Till exempel när en nyplacerad betonglab-on-grade expanderar på grund av temperaturförändring, utvecklar den inre tryckspänningareftersom den övervinner friktionen mellan den och markytan. Senare när concretecools land krymper när det härdar) och försöker komma i kontakt, är det inte tillräckligt starkt för att motstå samma friktionskrafter. Av denna anledning kontraktion lederna oftaanvänds för att kontrollera placeringen av sprickor som oundvikligen uppstår och så kallade temperatur ochkrympning förstärkning placeras i riktningar där förstärkningen inte redan har varitspecificeras av andra skäl. Syftet med denna förstärkning är att rymma de resulterande dragspänningarna och att minimera bredden på sprickor som utvecklas.

förutom stammar orsakade av krympning och termiska effekter deformeras betong ocksåpå grund av krypning. Kryp ökar deformationen som sker när ett material upprätthåller en hög stressnivå under en lång tidsperiod. När ständigt applicerade belastningar (t.ex. dödbelastningar) orsakar betydande tryckspänningar, kommer krypning att uppstå. I en stråle, forexample, den ytterligare långsiktiga avböjningen på grund av krypning kan vara så mycket som två gånger den ursprungliga elastiska avböjningen sättet att undvika denna ökade deformation är att hålla stressarna på grund av långvariga belastningar på en låg nivå. Detta görs vanligtvis genom att lägga till kompressionstål.

3.2 Blanda proportioner

ingredienserna i betong kan proportioneras efter vikt eller volym. Målet är attge önskad styrka och bearbetbarhet till minsta kostnad. Ibland finns detspeciella krav som nötningsbeständighet, hållbarhet i hårda klimat eller vattenimpermeabilitet, men dessa egenskaper är vanligtvis relaterade till styrka. Ibland specificeras betongar av högre styrka även om ett lägre f ‘ C-värde skulle ha uppfyllt alla strukturella krav.

som tidigare nämnts behövs ett lågt vatten-till-cement-förhållande för att uppnå starkbetong. Det verkar därför att genom att bara hålla cementinnehållet högt kan mananvänd tillräckligt med vatten för god bearbetbarhet och fortfarande ha ett lågt w/c-förhållande. Problemet är detcement är den dyraste av de grundläggande ingredienserna. Dilemmaet ses lätt ischematiska grafer i Figur 3.

eftersom större aggregatstorlekar har relativt mindre ytor (för cementpastaen att belägga) och eftersom mindre vatten betyder mindre cement, sägs det ofta att man borde använda den största praktiska aggregatstorleken och den styvaste praktiska blandningen. (De flesta buildingelements är konstruerade med en maximal aggregerad storlek på 3/4 till 1 tum, större storlekar är förbjudna av närheten av armeringsstängerna.)

en bra indikation på vatteninnehållet i en blandningsland och därmed bearbetbarheten) kan fås från ett standardfallstest. I detta test fylls en metallkon 12 i hög med färskbetong på ett specificerat sätt. När konen lyfts, massan av betong”nedgångar” nedåt (Figur 4) och den vertikala nedgången kallas nedgången.De flesta betongblandningar har nedgångar i 2-till 5-intervallet.

3.3 Portlandcement

råvarorna i Portlandcement är järnmalm, kalk, aluminiumoxid och kiseldioxid, som används i olika proportioner beroende på vilken typ av cement som tillverkas. Dessa areground upp och eldas i en ugn för att producera en klinker. Efter kylning är klinkern mycketjordbruksmark (till ungefär texturen av talkpulver) och en liten mängd gips ärläggs till för att fördröja den ursprungliga inställningstiden. Det finns fem grundläggande typer av Portlandcement iAnvänd idag:

• typ i-allmänt ändamål

• typ II – Sulfatresistent, betong i kontakt med hög sulfatjord

• typ III – hög tidig styrka, som får styrka snabbare än typ i, vilket gör att former kan tas bort tidigare

• typ IV – låg hydratiseringsvärme, för användning i massiv konstruktion

• Typ V – svår sulfatresistent

typ I är den billigaste och används för de flesta betongkonstruktioner. TypeIII används också ofta eftersom det gör det möjligt att återanvända formulär snabbt, vilket gör det möjligt att minska byggtiden. Det är viktigt att notera att medan typ III får styrkasnabbare än typ I, tar den inte sin ursprungliga uppsättning tidigare).

3.4 aggregat

fint aggregat (sand) består av partiklar som kan passera genom en 3/8 i sikt;grova aggregat är större än 3/8 tum i storlek. Aggregat ska vara rena, hårda ochvälgraderade, utan naturliga klyvningsplan som de som förekommer i skiffer eller skiffer.Kvaliteten på aggregat är mycket viktig eftersom de utgör cirka 60 till 75% av betongens volym; det är omöjligt att göra bra betong med dåliga aggregat. Graderingen av både fint och grovt aggregat är mycket viktigt eftersom det har ett fullständigt sortiment av storlekar minskar mängden cementpasta som behövs. Välgraderade aggregat tenderar att göra blandningen mer användbar också.

Normal betong tillverkas med sand och stenar, men lättbetong kan görasanvända industriella biprodukter som expanderad slagg eller lera som lätta aggregat. Denna betong väger endast 90 till 125 pcf och höga styrkor är svårare att uppnåpå grund av de svagare aggregaten. Betydande besparingar kan dock realiseras på sikt av byggnadens egenvikt, vilket kan vara mycket viktigt när man bygger på vissa typer avjord. Isolerande betong tillverkas med perlit och vermikulit, den väger bara ca 15till 40 pcf och har inget strukturellt värde.

3.5 tillsatser

tillsatser är kemikalier som tillsätts till blandningen för att uppnå speciella ändamål eller för att uppfylla vissa konstruktionsförhållanden. Det finns i princip fyra typer: luft-entrainingagents, bearbetbarhet medel, retarderande medel, och accelererande medel.

i klimat där betongen kommer att utsättas för frysning-upptining cykler luft isdeliberately blandas in med betongen i form av miljarder små luftbubblor CA0.004 i diameter. Bubblorna ger sammankopplade vägar så att vatten nära ytan kan fly när den expanderar på grund av frysningstemperaturer. Utan luftinträngning kommer betongens yta nästan alltid att lossna när den utsätts för upprepad frysning ochthawing. (Air-entraining har också den mycket fördelaktiga bieffekten av att ökaarbetbarhet utan en ökning av vatteninnehållet.) Innesluten luft är inte att förväxlamed innesluten luft, vilket skapar mycket större tomrum och orsakas av felaktig placeringoch konsolidering av betongen. Infångad luft, till skillnad från infångad luft, är aldrigfördelaktigt.

Bearbetbarhetsmedel, som inkluderar vattenreducerande medel och mjukningsmedel, tjänar till att minska cementpartiklarnas tendens att binda ihop i flockar och därmed undkomma fullständig uttorkning. Flygaska, en biprodukt av förbränning av kol som har viss cementegenskaper, används ofta för att uppnå ett liknande syfte. Superplasticizers ärrelativt nya tillsatser som när de tillsätts till en blandning tjänar till att öka nedgången kraftigt, vilket gör blandningen mycket soppig under en kort tid och möjliggör en lågvattenhalt eller annars mycket styv) betong som lätt kan placeras. Superplasticizers är ansvarigaför den senaste utvecklingen av mycket höghållfasta betong, några över 15 000 psieftersom de kraftigt minskar behovet av överskott av vatten för Bearbetbarhet.

Retarders används för att sakta ner uppsättningen betong när stora massor måste placeras och betongen måste förbli plast under en lång tid för att förhindra bildandet av”kalla fogar” mellan en sats betong och nästa sats. Acceleratorertjäna till att öka styrkan och minska den ursprungliga inställningstiden. Detta kan vara fördelaktigt när betong måste placeras i en brant sluttning med en enda form eller närdet är önskvärt att minska den tidsperiod i vilken betong måste skyddas frånfrysning. Den mest kända acceleratorn är kalciumklorid, som verkar för att öka värmeav hydrering, vilket gör att betongen sätts upp snabbare.

andra typer av kemiska tillsatser är tillgängliga för ett brett spektrum av ändamål. Vissa avdessa kan ha skadliga biverkningar på styrka, krympning och andraegenskaper hos Betong, och testpartier rekommenderas om det råder tvivel om användningen av en viss blandning.

3.6 ACI-koden

American Concrete Institute (ACI), baserat i Detroit, Michigan, är en organisation av designproffs, forskare, producenter och konstruktörer. En av dess funktioner äratt främja säker och effektiv design och konstruktion av betongkonstruktioner. Acihar många publikationer för att hjälpa designers och byggare; den viktigaste inom byggnadsstrukturer har rätt Byggkodskrav för förstärkt betong och kommentarer. Det produceras av Committee 318 från American ConcreteInstitute och innehåller de grundläggande riktlinjerna för byggkodens tjänstemän, arkitekter,ingenjörer och byggare angående användningen av armerad betong för byggnadsstrukturer.Information presenteras om material och konstruktionsmetoder,standardtester, analys och design samt strukturella system. Detta dokument har antagits av de flestabyggkodsmyndigheter i USA som standardreferens. Det ger allrules om förstärkande storlekar, tillverkning och placering och är en ovärderlig resurs för både designern och detaljeraren.

periodiska uppdateringar inträffar (1956, 1963, 1971, 1977, 1983, och 1989), och denna text görkonstant hänvisning till 1989-upplagan, kallar den ACI-koden eller bara koden.Dokument och tjänstemän hänvisar också till det med sin numeriska beteckning, ACI 318-89.

3,7 referenser

Boethius, A. och Ward1-Perkins, JB (1970). Etruskisk och romanarkitektur, Penguin Books, Middlesex, England.
Cassie, W. F. (1965). “Den Första Strukturella Förstärktabetong,” Strukturell Betong, 2 (10).
Collins, P. (1959). Betong, visionen om en ny arkitektur,Faber och Faber, London.
Condit, C. W. (1968). Amerikansk byggnad, material och teknikerfrån de första koloniala bosättningarna till idag, University of Chicago Press.
Drexler, A. (1960). Ludwig Miles van der Rohe, George Braziller, New York.
Farebrother, J. E. C. (1962). “Betong-tidigare, nuvarande ochframtiden”, byggnadsingenjören, oktober.
Mainstone, R, J. (1975). Utveckling i strukturell Form, MITPress, Cambridge.