Betoni

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 9. lokakuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 19 muokkausta .

Betoni ( ranskasta  béton ) on tekokivestä valmistettu rakennusmateriaali, joka saadaan muovaamalla ja kovettamalla rationaalisesti valittu, huolellisesti sekoitettu ja tiivistetty seos mineraalista (esim. sementtiä ) tai orgaanista sideainetta, karkeaa tai hienoa kiviainesta, vettä [1] . Joissakin tapauksissa se voi sisältää erityisiä lisäaineita, eikä myöskään vettä (esimerkiksi asfalttibetoni ).

Rakentamisessa käytetään yleisimmin sementistä tai muista epäorgaanisista sideaineista valmistettuja betoneja. Nämä betonit suljetaan yleensä vedellä. Sementti ja vesi ovat betonin aktiivisia aineosia; niiden välisen reaktion seurauksena muodostuu sementtikivi, joka kiinnittää kiviainesrakeita monoliitiksi.

Orgaanisilla sideaineilla ( bitumi , mineraalihartsit) betoniseos saadaan aikaan ilman veden lisäämistä, mikä varmistaa betonin suuren tiheyden ja läpäisemättömyyden.

Historia

Vanhin betoni, jonka arkeologit löysivät kaivauksissa Lepenski Virin kylässä (Serbia), voidaan katsoa vuodelta 5600 eKr. e. Yhdessä muinaisen asutuksen mökissä 25 cm paksu lattia [2] [3] tehtiin betonista, johon oli sekoitettu soraa ja paikallista kalkkia .

Betonia käytettiin laajasti muinaisessa Roomassa [2] . Italia  on vulkaaninen maa, jossa on helposti saatavilla olevia ainesosia, joista voidaan valmistaa betonia, mukaan lukien potsolaanit ja laavamurska . Roomalaiset käyttivät betonia julkisten rakennusten ja rakenteiden massarakentamisessa, mukaan lukien Pantheon , joka on edelleen maailman suurin lujittamaton betonikupoli. Samaan aikaan tämä tekniikka ei ollut laajalle levinnyt osavaltion itäosassa, jossa rakentamisessa perinteisesti käytettiin kiveä ja sitten halpaa sokkelia  - eräänlaista tiiliä.

Länsi-Rooman valtakunnan rappeutumisen vuoksi monumentaalisten rakennusten ja rakenteiden laajamittainen rakentaminen jäi tyhjäksi, mikä teki betonin käytöstä epäkäytännöllistä ja yhdessä käsityön ja tieteen yleisen rappeutumisen kanssa johti sen tuotannon menettämiseen. teknologiaa. Varhaiskeskiajalla ainoat suuret arkkitehtoniset kohteet olivat luonnonkivestä rakennetut katedraalit.

James Parker sai patentin "roomalaiselle sementille" vuonna 1796 . 1800-luvun ensimmäisellä puoliskolla monet tutkijat ja teollisuusmiehet kehittivät modernia portlandsementtiä. Patentin portlandsementille sai vuonna 1824 Joseph Aspdin , vuonna 1844 I. Johnson paransi Aspdinin portlandsementtiä. Vuonna 1817 Vika keksi sementtiklinkkerin ja vuonna 1840 portlandsementin. Portlandsementin tuotannon kasvun myötä sementtilaastien ja betonien käyttö rakentamisessa lisääntyi.

Maailman johtavat betoninvalmistajat ovat Kiina (430 miljoonaa m³ vuonna 2006) [4] ja Yhdysvallat (345 miljoonaa m³ vuonna 2005 [5] ja 270 miljoonaa m³ vuonna 2008) [4] . Venäjällä valmistettiin vuonna 2008 52 miljoonaa m³ betonia [4] .

Betonin luokittelu ja tyypit

GOST 25192-2012 mukaan "Betoni. Luokitus ja yleiset tekniset vaatimukset" [6] ja GOST 7473-2010 "Betoniseokset. Tekniset tiedot” [7] , betonien luokittelu (poikkeuksena bitumisideainepohjaiset betonit - asfalttibetonit ) tehdään päätarkoituksen, sideainetyypin, kiviainestyypin, rakenteen ja kovettumisolosuhteiden mukaan:

Betonin tuotanto

Sementtibetoni valmistetaan sekoittamalla sementtiä, hiekkaa, murskattua kiveä ja vettä (niiden suhde riippuu sementin merkistä, hiekan ja kiven fraktiosta ja kosteuspitoisuudesta) sekä pieniä määriä lisäaineita ( pehmitteitä , vettä hylkiviä aineita jne.). ). Sementti ja vesi ovat tärkeimmät sitovat komponentit betonin valmistuksessa. Esimerkiksi kun käytetään 400-luokan sementtiä 200-luokan betonin valmistukseen, käytetään suhdetta 1:3:5:0,5. Jos käytetään sementtilaatua 500, tällä ehdollisella suhteella saadaan betonilaatu 350. Veden ja sementin suhde ("vesi-sementtisuhde ", "vesi-sementtimoduuli"; merkitty "W / C") ​​on tärkeä ominaisuus. betonista. Betonin lujuus riippuu suoraan tästä suhteesta: mitä pienempi W / C, sitä vahvempi betoni. Teoreettisesti W / C = 0,2 riittää sementin hydratoitumiseen, mutta tällaisella betonilla on liian alhainen plastisuus, joten käytännössä käytetään W / C = 0,3–0,5 ja suurempia.

Yleinen virhe betonin käsityössä on liiallinen veden lisääminen, mikä lisää betonin liikkuvuutta, mutta vähentää sen lujuutta useita kertoja, joten on erittäin tärkeää tarkkailla tarkasti vesi-sementtisuhdetta, joka lasketaan taulukoiden mukaan. käytetyn sementin merkin mukaan [8] .

Betonikiviainekset

Täyteaineena voidaan käyttää luonnollisia tai keinotekoisia bulkkikivimateriaaleja. Jopa 80-85 % betonin tilavuudestaan ​​vievät kiviainekset muodostavat jäykän betonirungon, mikä vähentää kutistumista ja estää kutistumishalkeamien muodostumista.

Rakeiden koosta riippuen kiviaines jaetaan hienoksi ( hiekka ) ja karkeaksi ( kivimurska ja sora ).

Itsekorjautuvan betonin kiviainekset voivat olla kemiallisia (bitumipohjaisia) ja orgaanisia (kapseleita, joissa on kalsiumia tuottavia bakteereja). Tällainen itsestään paraneva betoni on lupaava esimerkiksi siltojen rakentamiseen. Testitulokset osoittavat halkeamien lähes täydellisen paranemisen noin 4 viikossa [9] .

Betonin koostumuksen valinta

Yksi betoniseoksen tärkeimmistä komponenteista on hiekka. Betonin valmistukseen on parempi käyttää luonnollista hiekkaa keskipitkästä karkeaan. Hiekan koko ja sen suhde karkeaan kiviainekseen (raskasbetonissa murska tai sora, kevyessä betonissa paisutettu savi) betoniseoksen koostumuksessa vaikuttaa sementin liikkuvuuteen ja määrään. Mitä hienompaa hiekkaa, sitä enemmän tarvitaan kivennäisainesta ja vettä. Luonnonhiekan käytön tärkein rajoitus on rajoitus saven tai savihiukkasten esiintymiselle hiekan koostumuksessa. Pienet (savi)hiukkaset vaikuttavat betonin lujuuteen erittäin voimakkaasti. Jo pieni määrä niitä johtaa betonin lujuuden merkittävään laskuun. Siksi luonnonhiekan puuttuessa ilman savihiukkasia saatavilla olevaa hiekkaa parannetaan (rikastetaan) seuraavilla menetelmillä: hiekkapesu; hiekan erottaminen fraktioiksi vesivirrassa; halutun fraktion erottaminen hiekasta; sekoitus työalueella saatavilla olevaa hiekkaa korkealaatuisen tuontihiekan kanssa.

Rikastuksen ja esikäsittelyn jälkeen hiekan on täytettävä ns. standardiseulonta-alueen määrittämät ehdot. Rakekoostumuksen, joka määritetään seulomalla hiekkaa eri aukkojen seulojen läpi, tulisi sopia kuvassa näkyvälle alueelle, jossa on katkoviiva. On mahdollista käyttää hiekkaa, jonka hiukkaskoot otetaan huomioon varjostamaton alue, mutta vain betonilaadulle 150 ja alle [10] .

Hiekan sijasta voidaan menestyksekkäästi käyttää metallurgian, energia-, kaivos-, kemian- ja muiden teollisuudenalojen tuotannon jätettä [11] .

Asennus, tiivistys, kovetus

Valmistuksen ja asennuksen jälkeen betoniseos tulee tiivistää mahdollisimman pian. Tiivistysprosessin aikana ilmataskuista poistetaan ilma ja sementtiliima jakautuu uudelleen, jotta se on läheisemmässä kosketuksessa betonin kiinteiden osien kanssa. Tämä johtaa valmiin betonin lujuuden kasvuun. Tiivistykseen käytetään tärinää. Vibropuristamisessa monoliittisessa rakenteessa käytetään manuaalisia tärytteitä, lohkorakenteessa vibropuristimia . Kovettumislämpötila - +5 °C - +30 °C.

Betonitöiden aikana betonipumpussa tai -sekoittimessa syntyy teknologisia betonijäämiä, joita valuttaessa maahan syntyy paikallista saastumista. Betonijäämien tehokasta käyttöä varten [12] on mahdollista valmistaa pienet muotit etukäteen.

Suorituskykyominaisuudet

Puristuslujuus

Tärkein betonia kuvaava indikaattori on puristuslujuus. Se määrittää betonin luokan.

Betonin luokka B on kuutiometrinen (prismalujuus) MPa:ssa otettuna 0,95:n taatulla varmuudella (luottamustasolla). Tämä tarkoittaa, että luokan asettama ominaisuus tarjotaan vähintään 95 kertaa 100:sta, ja vain viidessä tapauksessa voit odottaa, että se ei täyty.

SNiP 2.03.01-84 "Betoni- ja teräsbetonirakenteet" mukaan luokka on merkitty latinalaisella kirjaimella "B" ja numeroilla, jotka osoittavat kestävyyspaineen megapascaleina ( MPa). Esimerkiksi merkintä B25 tarkoittaa, että tämän luokan betonista valmistetut vakiokuutiot (150 × 150 × 150 mm) kestävät 25 MPa:n painetta 95 prosentissa tapauksista. Lujuusindeksin laskemiseksi on myös otettava huomioon kertoimet, esimerkiksi puristuslujuuden osalta luokan B25 betonille laskelmissa käytetty standardiresistanssi Rbn on 18,5 MPa ja mitoitusvastus Rb on 14,5 MPa.

Betonin ikä, joka vastaa luokkaansa puristuslujuuden ja aksiaalisen jännityksen suhteen, määräytyy suunnittelun aikana perustuen rakenteen mahdollisiin todellisiin suunnittelukuormitusehtoihin, asennustapaan ja betonin kovettumisolosuhteisiin. Näiden tietojen puuttuessa betoniluokka määritetään 28 päivän iässä.

Luokkien ohella betonin lujuus asetetaan myös laatuluokilla, jotka on merkitty latinalaisella kirjaimella "M" ja numeroilla 50 - 1000, jotka osoittavat puristuslujuuden kgf / cm². GOST 26633-91 ”Raskas ja hienorakeinen betoni. Tekniset tiedot" määrittää seuraavan vastaavuuden laatujen ja luokkien välillä, joiden betonin lujuuden vaihtelukerroin on 13,5 %:

Betonin lujuusluokka Lujuuden suhteen lähin betonimerkki Nykyaikainen kansainvälinen nimitys [13]
B3.5 M50 —
B5 M75 —
B7.5 M100 —
B10 M150 C8/10
B12.5 M150 С10/12.5
B15 M200 C12/15
B20 M250 C16/20
B22.5 M300 С18/22.5
B25 M350 C20/25
B27.5 M350 С22/27.5
B30 M400 C25/30
B35 M450 C28/35
— — C30/37
B40 M550 С32/40
B45 M600 С35/45
B50 M700 С40/50
B55 M750 С45/55
B60 M800 С50/60
— — C55/67
B70 M900 —
— — С60/75
B80 M1000 —
— — С70/85
B90 — —
— — С80/95
B100 — —
— — С90/105
B110 — —
B120 — —

Tämä taulukko on poistettu GOST 26633-2015:n nykyisestä versiosta.

Testaushetkeen asti betoninäytteet on säilytettävä normaaleissa kovettumiskammioissa , valmiin rakenteen lujuus voidaan tarkistaa ainetta rikkomattomilla testausmenetelmillä käyttämällä Kashkarov- , Fizdel- tai Schmidt -vasaroita , erityyppisiä sklerometrejä, ultraäänilaitteita ja muita.

Toimivuus

GOST 7473-2010:n mukaan betonit erotetaan työstettävyyden mukaan (merkitty kirjaimella "P"):

GOST määrittää seuraavat nimitykset betoniseoksille työstettävyyden mukaan:

Työkykyluokka Jäykkyysstandardi, s Kartion veto, cm
Super kovia sekoituksia
SG3 Yli 100 -
SG2 51-100 -
SG1 alle 50 -
Jäykät seokset
G4 31-60 -
F3 21-30 -
G2 11-20 -
G1 5-10 -
Liikkuvat seokset
P1 4 tai vähemmän 1-4
P2 - 5-9
P3 - 10-15
P4 - 16-20
P5 - 21 ja yli

Työstettävyysindeksillä on ratkaiseva merkitys betonipumpulla betonoitaessa . Pumppaukseen käytetään seoksia, joiden työstettävyysindeksi on vähintään P2.

Muita tärkeitä indikaattoreita

Testausilmakammioita käytetään betonin pakkaskestävyyden ja vedenkestävyyden testaamiseen .

Betonin lisäaineet

Lisäaineiden käytöllä voit vaikuttaa merkittävästi seoksiin, betoneihin ja laasteihin antamalla niille erityisiä ominaisuuksia. GOST 24211-2008 "Lisäaineet betonille ja laastille. Yleiset tiedot” tarjoaa seuraavan lisäaineiden luokituksen:

  1. Betoni- ja laastiseosten ominaisuuksia säätelevät lisäaineet:
    • pehmittävät lisäaineet lisäävät betoniseoksen liikkuvuutta, mikä mahdollistaa tietyn konsistenssin saavuttamisen pienemmällä vedenkulutuksella;
    • vettä vähentävien lisäaineiden avulla on mahdollista saada erittäin liikkuvia seoksia, joissa on alhainen vesipitoisuus, joten suhteellisen pienellä määrällä sementtikiveä;
    • stabiloivat lisäaineet varmistavat koostumuksen säilymisen ja estävät siten seoksen irtoamisen levityksen ja tiivistyksen aikana;
    • lisäaineet, jotka säätelevät seoksen liikkuvuuden säilyttämistä, ovat kysyttyjä kuumana vuodenaikana, jos seosta on tarpeen kuljettaa pitkään;
    • lisäaineet, jotka lisäävät seoksen ilma- (kaasu)pitoisuutta tai ilmaa kuljettavat lisäaineet lisäävät pakkaskestävyyttä, vedenkestävyyttä ja korroosionkestävyyttä, mutta heikentävät jonkin verran tulevan rakenteen lujuutta;
  2. Betonin ja laastin ominaisuuksia säätelevät lisäaineet:
    • säätelee betonin kovettumisen kinetiikkaa :
      • hidasteita käytetään, kun on tarpeen pidentää aikaa, ennen kuin betoniseos alkaa kovettua pitkäaikaisessa kuljetuksessa;
      • kiihdyttimet vähentävät betonin kovettumisaikaa;
    • betonin lujuuden lisääminen - tämän tyyppiset lisäaineet lisäävät betonin kulutuskestävyyttä, iskuja ja halkeilua;
    • läpäisevyyden vähentäminen - aineet, jotka lisäävät betonirakenteen tiheyttä;
    • lisäaineita, jotka lisäävät suojaominaisuuksia suhteessa teräsraudoitteeseen, käytetään estämään korroosiota betonin suorassa kosketuksessa raudoituksen kanssa teräsbetonirakenteissa;
    • pakkaskestävyyttä lisäävät lisäaineet lisäävät betonin vuorotellen jäädytys- ja sulatusjaksojen määrää lujuusominaisuuksien menettämättä;
    • lisäaineet, jotka lisäävät betonin korroosionkestävyyttä ympäristössä, joka aiheuttaa materiaalin ominaisuuksien heikkenemistä;
    • laajenevia lisäaineita käytetään kompensoimaan betonin kutistumista rakenteen käytön aikana;
  3. Lisäaineet, jotka antavat betonille ja laastille erityisiä ominaisuuksia:
    • jäätymisenestoaineet, kun ne liuotetaan veteen, alentavat huomattavasti seoksen jäätymispistettä, estäen sitä jäätymästä kuljetuksen aikana ja estävät myös juuri levitetyn betonin jäätymisen kylmänä vuodenaikana;
    • vettä hylkivät lisäaineet antavat vettä hylkiviä ominaisuuksia betonin huokosten seinämille, lisäävät betonin vedenkestävyyttä ja estävät myös kapillaarivaikutuksen syntymisen ;
    • fotokatalyyttiset lisäaineet antavat betonille itsepuhdistuvia ominaisuuksia, koska tällaisen reaktion seurauksena lähes kaikki minkä tahansa rakenteen seinillä havaittu saaste hajoaa - pöly, home, bakteerit, pakokaasuhiukkaset jne.
  4. Mineraalilisäaineet betoniin :
    • tyyppi I - aktiivinen mineraali:
      • joilla on supistavat ominaisuudet (esimerkiksi mikrosilika , metakaoliini );
      • joilla on pozzolaanista aktiivisuutta;
      • jolla on sekä supistavat ominaisuudet että puzzolaaninen aktiivisuus.
    • tyyppi II - inertti mineraali.

Betonin nimitys

GOST 7473-2010:n mukaan betoniseoksen nimityksen tulisi koostua:

Esimerkiksi käyttövalmis betoniseos raskaasta betonista, jonka puristuslujuusluokka on B25, työstettävyysluokka P3, pakkaskestävyys F200 ja vedenkestävyys W6, tulisi merkitä nimellä BST V25 P3 F200 W6 GOST 7473-2010 . Kaupallisessa käytännössä on myös tapana erottaa omaan luokkaan lujat erikoisbetonit VS ja betonit, joissa on käytetty hienojakoista CM:ää (ns. "siemen").

Betonin suojaus

Betonin vedeneristyssuojaus on jaettu ensisijaiseen ja toissijaiseen. Ensisijaiset toimenpiteet sisältävät toimenpiteitä, joilla varmistetaan rakenteen rakennemateriaalin läpäisemättömyys. Rakenteiden pintojen toissijaiseen - lisäpinnoitukseen vedeneristysmateriaaleilla (kalvoilla) suoraan aggressiiviselle ympäristölle altistumisen puolelta [14] .

Ensisijaisiin suojatoimenpiteisiin kuuluu sellaisten materiaalien käyttö, joilla on lisääntynyt korroosionkestävyys aggressiivisessa ympäristössä, sekä alhainen betonin läpäisevyys. Ensisijaisia ​​suojatoimenpiteitä ovat myös rakenteiden järkevien geometristen ääriviivojen ja muotojen valinta, halkeaman kestävyyskategorioiden ja suurimman sallitun halkeaman leveyden määrittäminen, kuormituksen yhdistelmän huomioiminen ja lyhyen halkeaman määrittäminen, paksuuden määrittäminen. betonin suojakerroksesta, ottaen huomioon sen läpäisemättömyys. Ensisijainen suoja voidaan katsoa myös integroitujen kapillaarimateriaalien käytölle - vedeneristys rakennusseoksilla , joilla on tunkeutuva vaikutus . Samalla betonin rakenne tiivistyy ja vedenkestävyys, pakkaskestävyys, puristuslujuus ja korroosionkestävyys paranevat koko käyttöiän ajan.

Toissijaisen suojauksen tehtävänä on estää tai rajoittaa mahdollisuutta joutua kosketuksiin aggressiivisen ympäristön ja betonin välillä. Toissijaisena suojana käytetään pölyä poistavia kyllästeitä, ohutkerrospinnoitteita, itsetasoittuvia lattioita ja erittäin täytettyjä pinnoitteita. Useimmiten epoksi-, polyuretaani- ja polyesterikomponentteja käytetään sideaineena polymeerikoostumusten valmistuksessa. Betonipohjan suojamekanismi koostuu pintakerroksen tiivistämisestä ja pinnan eristämisestä.

Betonin suojaaminen kemialliselta ja sähköiseltä korroosiolta on erityisen akuutti rautatieliikennelaitoksissa, joissa hajavuotovirrat yhdistyvät aggressiiviseen kemikaalialtistukseen.

Betonin lämpeneminen talvella

Merkittävä betonin haittapuoli paljastuu rakentamisen aikana talvella, jolloin pystytettävän betonirakenteiden lujuus on alhaisten lämpötilojen vuoksi vaarassa. Tästä syystä tarvitaan betonin pakkokuumentamista.

Perus- ja lisämenetelmät betonin lämmittämiseen [15] :

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Bazhenov Yu.M. betonitekniikkaa. - M . : Kustantaja ASV, 2002. - 500 s. — ISBN 5-93093-138-0 .
  2. ↑ 1 2 Kochetov V.A. Roomalainen betoni. - M . : Stroyizdat, 1991. - 111 s. — ISBN 5-274-00044-4 .
  3. ↑ On olemassa mielipide, että luonnonsementtiä ja siihen perustuvaa betonia käytettiin Göbekli Tepe -temppelikompleksin rakentamisessa , jonka iän arvioidaan olevan 12 tuhatta vuotta. Syyriassa ja Jordaniassa on säilynyt luonnonbetonista valmistettuja maanalaisia ​​vesisäiliöitä, jotka ovat peräisin 800 -luvulta eKr. e. // "Unloved betonin piilotetut vahvuudet" Arkistoitu 16. tammikuuta 2017 Wayback Machinessa , BBC News, 16.1.2017.
  4. ↑ 1 2 3 Konkreettiset tilastot: Euroopan maiden, Venäjän ja Yhdysvaltojen vertailu . Haettu 5. maaliskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 15. maaliskuuta 2010.
  5. ↑ European Ready Mixed Concrete Industry Statistics perustuu vuoden 2007 tuotantotietoihin Arkistoitu 26. maaliskuuta 2012.
  6. ↑ GOST 25192-2012 Betoni. Luokitus ja yleiset tekniset vaatimukset . Haettu 21. syyskuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 21. syyskuuta 2021.
  7. ↑ GOST 7473-2010 Betoniseokset. Tekniset tiedot . Käyttöpäivä: 14. tammikuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 7. tammikuuta 2022.
  8. ↑ Betonin valmistus omin käsin, vesi-sementtisuhde, mittasuhteet (pääsemätön linkki) . Käyttöpäivä: 4. maaliskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 22. helmikuuta 2014. 
  9. ↑ Älykkäät materiaalit: Pienistä roboteista väriä vaihtaviin vaatteisiin , BBC News  (18. helmikuuta 2021). Arkistoitu alkuperäisestä 22. elokuuta 2021. Haettu 22.8.2021.
  10. ↑ P. P. Borodavkin Hiekan raekoostumus betoniseoksen valmistukseen  (pääsemätön linkki)
  11. ↑ Turkina I. A. Betoni tuotantojätteellä // Concrete Technologies. - 2013. - nro 8 (85). - S. 42-44.
  12. ↑ Mihin betonipumpun ja -sekoittimen betonin jäännökset laitetaan?  (venäjäksi)  ? . Haettu 15. kesäkuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 5. tammikuuta 2022.
  13. ↑ Betonin lujuusluokat . Haettu 22. elokuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 22. elokuuta 2021.
  14. ↑ A. N. Kljuev, V. B. Semjonov. Sementtitön betoni, joka perustuu petrokemian teollisuuden alkalipitoisiin jätteisiin Arkistoitu 3. huhtikuuta 2008.
  15. ↑ Betonin lämmitys talvella: tärkeimmät menetelmät Arkistoitu 3. syyskuuta 2014.

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat