Бетонның қасиеттері - Properties of concrete - Wikipedia

Бетон салыстырмалы түрде жоғары қысым күші (ол салмақ кезінде жарылмайды), бірақ айтарлықтай төмен беріктік шегі (тартқан кезде жарылып кетеді). Сығымдау беріктігі, әдетте, бетон қалыптастыру кезінде су мен цементтің қатынасында бақыланады, ал созылуға беріктік темірбетон жасау үшін қоспалармен, көбінесе болатпен жоғарылайды. Басқаша айтқанда, біз бетонды құмнан (бұл ұсақ толтырғыш), балласттан (ол ірі толтырғыштан), цементтен (байланыстырушы деп атауға болады) және судан (бұл қоспа) тұрады деп айтуға болады.

Темірбетон

Бетон салыстырмалы түрде жоғары қысым күші, бірақ айтарлықтай төмен беріктік шегі. Нәтижесінде, компенсациясыз бетон әрдайым созылу кернеулерінен шығады (Стресс (механика) # Мор шеңбері ) тіпті қысылған кезде де жүктеледі. Мұның практикалық мәні: созылу кернеулеріне ұшыраған бетон элементтері кернеуге берік материалдармен (көбінесе болат) күшейтілуі керек. Бетонның икемділігі төмен кернеулер деңгейінде салыстырмалы түрде тұрақты, бірақ матрицалық крекингтің дамыған сайын кернеулердің жоғарылау деңгейінде төмендей бастайды. Бетон өте төмен термиялық кеңею коэффициенті және ол пісіп келе жатқанда бетон кішірейеді. Шөгу мен шиеленіске байланысты барлық бетон құрылымдары белгілі бір дәрежеде жарылып кетеді. Ұзақ уақытқа созылатын күштерге ұшырайтын бетон бейім сермеу. Бетонның тығыздығы әр түрлі, бірақ текше метріне 2400 килограмды құрайды (150 фунт / куб фут).[1]

Темірбетон бетонның ең кең таралған түрі болып табылады. Арматура көбінесе болаттан жасалған арматура (тор, спираль, штангалар және басқа формалар). Құрылымдық талшықтар әртүрлі материалдардан алуға болады. Бетон да болуы мүмкін алдын-ала басылған (төмендету созылу кернеуі ) ішкі болат кабельдерін (сіңірлерін) қолдана отырып, мүмкіндік береді сәулелер немесе ұзағырақ тақталар аралық тек темірбетонға қарағанда практикалық. Сияқты жабдықпен жүргізілсе, қолданыстағы бетон конструкцияларын тексеру бұзбайды Шмидт балғасы, бұл кейде өрістегі салыстырмалы бетон күштерін бағалау үшін қолданылады.

Рецепт әсерлері

Бетонның максималды беріктігіне су-цементтілік қатынасы әсер етеді (д / см), құрылымдық компоненттер және араластыру, орналастыру және емдеу әдістері. Барлығы тең, су-цементтің (цементтелген) коэффициенті төмен бетон, жоғары коэффициентпен салыстырғанда мықты бетон жасайды. Цемент материалдарының жалпы саны (портландцемент, қожды цемент, позцоландар ) күшке, судың сұранысына, кішіреюіне, тозуға төзімділігіне және тығыздығына әсер етуі мүмкін. Барлық бетон оның қысу күшіне ие екендігіне немесе болмайтындығына қарамастан жарылып кетеді. Шындығында, портландцемент құрамындағы жоғары қоспалар ылғалдану жылдамдығының жоғарылауына байланысты тезірек жарылып кетуі мүмкін. Бетон өзінің пластикалық күйінен қатты күйге ауысқанда, материал қысқарады. Пластикалық жиырылу жарықтары орналастырылғаннан кейін көп ұзамай пайда болуы мүмкін, бірақ егер булану деңгейі жоғары болса, олар көбінесе әрлеу жұмыстары кезінде, мысалы, ыстық ауа-райында немесе желді күнде пайда болуы мүмкін.

Өте берік бетон қоспаларында (70 МПа-дан жоғары) толтырғыштың ұсату беріктігі а болуы мүмкін шектеуші фактор қысудың ең жоғары беріктігіне дейін. Жіңішке бетондарда (су-цемент коэффициенті жоғары) толтырғыштардың ұсату беріктігі соншалықты маңызды емес. Сияқты құрылымның жалпы формаларындағы ішкі күштер аркалар, қоймалар, бағаналар мен қабырғалар қысу күштері басым, едендер мен жабындар созылу күшіне ұшырайды. Сығымдау беріктігі спецификацияға және бетонның сапасына бақылау жасау үшін кеңінен қолданылады. Инженерлер өздерінің созылу (иілу) талаптарын біледі және оларды қысу беріктігі арқылы көрсетеді.

Wired.com 2007 жылдың 13 сәуірінде хабарлағандай, команда Тегеран университеті, демеушілік көмек көрсететін сайысқа қатысады Американдық бетон институты, 28 тәулікте 340 - 410 МПа (49000 және 59000 psi) аралығында қысымның ерекше күші бар бетондардың бірнеше блоктарын көрсетті.[2] Блоктар агрегатын қолданатын болып шықты болат талшықтар және кварц - типтік жоғары беріктігі бар агрегаттарға қарағанда әлдеқайда жоғары, сығымдау күші 1100 МПа минерал гранит (100–140 МПа немесе 15,000–20,000 psi). Ультра жоғары өнімді бетон деп те аталатын реактивті ұнтақ бетон одан да күшті болуы мүмкін, оның беріктігі 800 МПа (116000 PSI) дейін.[3] Бұлар ірі толтырғышты толығымен алып тастау, мүмкіндігінше ораманы қамтамасыз ету үшін ұсақ толтырғыштардың мөлшерін мұқият бақылау және матрицаға болат талшықтарды (кейде болат жүнді ұнтақтау арқылы шығарылады) қосу арқылы жасалады. Реактивті ұнтақ бетондары да қолдануы мүмкін кремний түтіні жақсы толтырғыш ретінде. Коммерциялық реактивті ұнтақ бетондары 17–21 МПа (2500–3000 пс) беріктік ауқымында қол жетімді.

Серпімділік

Бетонның серпімділік модулі - бұл толтырғыштар мен цемент матрицасының серпімділік модулі мен олардың салыстырмалы пропорцияларының функциясы. Бетонның серпімділік модулі төмен кернеулер деңгейінде салыстырмалы түрде тұрақты, бірақ матрицалық крекингтің дамыған сайын кернеулердің жоғары деңгейлерінде азая бастайды. Қаттылған пастаның серпімді модулі 10-30 ГПа және агрегаттары шамамен 45-тен 85 ГПа дейін болуы мүмкін. Содан кейін бетон композициясы 30-дан 50 ГПа аралығында болады.

The Американдық бетон институты икемділік модулін келесі теңдеудің көмегімен есептеуге мүмкіндік береді:[4]

(psi )

қайда

бетон салмағы (текше фут үшін фунт) және қайда
бетонның 28 тәуліктегі қысу беріктігі (psi)

Бұл теңдеу толығымен эмпирикалық және теорияға негізделмеген. Мәні екенін ескеріңіз Ec psi өлшем бірлігінде. Қалыпты салмақтағы бетон үшін (а wc 150 фунт / футтан3 және 5 фунт / футты алып тастаңыз3 болат үшін) Ec ретінде қабылдауға рұқсат етілген .

Көпірдің құрылымдық инженерлері қолданатын басылым ААШТО Жүктеме және кедергі факторларын жобалау жөніндегі нұсқаулық немесе «LRFD.» LRFD, 5.4.2.4 бөлімінен, Ec анықталады:

(кси )

қайда

жиынтық көзге түзету коэффициенті (егер басқаша анықталмаса, 1,0 деп алынады)
бетон салмағы (текше футқа шаққанда), мұндағы және
бетонның 28 тәуліктегі сығылу беріктігі (кси)

Қалыпты салмақтағы бетон үшін (wc= Текше футқа 0,145 кип) Ec келесідей қабылдануы мүмкін:

(кси )

Жылулық қасиеттері

Кеңею және кішірею

Бетон өте төмен термиялық кеңею коэффициенті. Алайда, егер кеңейтуге жағдай жасалмаса, құрылымның күшіне немесе қайталанатын циклдарына төтеп беруге қабілетсіз бөліктерінде жарықтар пайда болатын өте үлкен күштер жасалуы мүмкін. кеңейту және қысылу. Портландцементті бетонның жылулық кеңею коэффициенті 0,000009-дан 0,000012-ге дейін (Цельсий дәрежесі үшін) (8-ден 12 микростренге дейін / ° C) (8-12 1 / MK).[5]

Жылу өткізгіштік

Бетон қалыпты жылу өткізгіштік, металдардан әлдеқайда төмен, бірақ ағаш сияқты басқа құрылыс материалдарынан едәуір жоғары және нашар оқшаулағыш.

Бетон қабаты темір конструкцияларын «отқа төзімді» ету үшін жиі қолданылады. Алайда, отқа төзімділік термині орынсыз, өйткені жоғары температурадағы өрттер бетонның химиялық өзгерісін тудыратындай ыстық болуы мүмкін, бұл бетонға айтарлықтай құрылымдық зақым келтіруі мүмкін.

Жарылыс

Сальгинатобель көпірі, Швейцария.

Бетон пісіп келе жатқанда, ол материалда жүретін реакцияға байланысты кішірейе береді, дегенмен шөгу жылдамдығы салыстырмалы түрде тез түсіп, уақыт өте келе азая береді (барлық практикалық мақсаттар үшін бетон әдетте гидратацияға байланысты одан әрі қысылмайды деп саналады) 30 жас). Бетон мен кірпіштен жасалған бұйымдардың салыстырмалы қысылуы мен кеңеюі құрылыстың екі формасы болған кезде мұқият орналастыруды қажет етеді.

Барлық бетон құрылымдары белгілі бір дәрежеде жарылып кетеді. Темірбетонның алғашқы дизайнерлерінің бірі, Роберт Майлларт, бірқатар арқаулы көпірлерде темірбетон жұмыс істеді. Оның алғашқы көпірі қарапайым, үлкен көлемдегі бетон қолданылған. Содан кейін ол бетонның көп бөлігі қатты жарықшақты болғанын және компрессорлық жүктемелер кезінде құрылымның бөлігі бола алмайтынын түсінді, бірақ құрылым нақты жұмыс істеді. Оның кейінгі сызбалары жыртылған жерлерді алып тастап, жіңішке, әдемі бетон доғаларын қалдырды. The Сальгинатобель көпірі бұған мысал бола алады.

Орнату немесе пайдалану кезінде пайда болатын шөгу немесе кернеулер туындаған созылу кернеуіне байланысты бетон жарықтары. Мұны жеңу үшін түрлі құралдар қолданылады. Талшықты темірбетон қоспада немесе одан да көп үлестірілген жұқа талшықтарды пайдаланады металл немесе басқа арматура жарықтардың мөлшері мен мөлшерін шектейтін элементтер. Көптеген ірі құрылымдарда бетонға буындар немесе жасырын аралау кесектері қойылады, себебі олар басқарылатын жерде және көзге көрінбейтін жерде міндетті түрде жарықтар пайда болады. Су ыдыстары мен магистральдар сынықтарды бақылауды қажет ететін құрылымдардың мысалы болып табылады.

Шөгудің жарықшақтығы

Шөгу жарықтары бетон элементтері құрғатудың, автогенді шөгудің немесе жылу эффектінің нәтижесінде көлемді өзгеріске ұшыраған кезде (жиырылу) пайда болады. Шектеу сыртқы жағынан қамтамасыз етіледі (яғни тіреулер, қабырғалар және басқа шекаралық жағдайлар) немесе ішкі (кептірудің дифференциалды жиырылуы, арматура). Бетонның созылу беріктігінен асып кетсе, жарықшақ пайда болады. Шөгілетін жарықтардың саны мен еніне пайда болатын жиырылу мөлшері, ұстау мөлшері және берілген арматураның мөлшері мен аралықтары әсер етеді. Бұл кішігірім көрсеткіштер және нақты мүшеге нақты құрылымдық әсер етпейді.

Пластикалық шөгілетін жарықтар бірден байқалады, орналастырылғаннан кейін 0-ден 2 күнде көрінеді, ал кептіру-жиырылу сызаттары уақыт өте келе дамиды. Автогенді шөгу сонымен қатар бетон біршама жас болған кезде пайда болады және портландцементтің химиялық реакциясы нәтижесінде көлемнің азаюынан туындайды.

Кернеудің крекингі

Бетон элементтері жүктеме арқылы кернеуге ұшырауы мүмкін. Бұл көбінесе бетонда кездеседі сәулелер мұнда көлденең түсірілген жүктеме бір бетті сығылуға, ал қарама-қарсы бетті индукцияға байланысты кернеуге айналдырады иілу. Шоқтың кернеудегі бөлігі жарылып кетуі мүмкін. Саңылаулардың мөлшері мен ұзындығы иілу моментінің шамасына және қарастырылып отырған нүктеде сәуледегі арматураның құрылымына байланысты. Темірбетонды арқалықтар сығылуға емес, кернеуге жарылуға арналған. Бұған бетонның сығылуы кезінде ақаулар пайда болғанға дейін берілетін арматуралық болат ұсынылады және қауіпті аймақты қалпына келтіруге, жөндеуге немесе қажет болған жағдайда эвакуациялауға мүмкіндік береді.

Сығылу

Сығылу - бұл материалдың ішіндегі кернеулерді жеңілдету үшін материалдың тұрақты қозғалысы немесе деформациясы. Ұзақ уақытқа созылатын күштерге ұшырайтын бетон сырғып кетуге бейім. Қысқа мерзімді күштер (мысалы, жел немесе жер сілкінісі) серпіліске әкелмейді. Creep кейде бетон құрылымында немесе элементінде пайда болатын жарықшақты азайтуы мүмкін, бірақ оны бақылау керек. Бетон құрылымдарындағы алғашқы және қайталама арматураның мөлшері шөгу, сырғу және жарықшақтану мөлшерінің азаюына ықпал етеді.

Суды сақтау

Портландцементті бетон суды ұстайды. Алайда, бетонның кейбір түрлері (мысалы Өткізгіш бетон ) судың өтуіне мүмкіндік беріңіз, осылайша оған керемет балама бола аласыз Макадам жолдар, өйткені оларды жабдықтау қажет емес дренаждар.

Бетонды сынау

Бетон цилиндрін компрессиялық сынау
Істен шыққаннан кейін бірдей цилиндр

Әдетте инженерлер бетонның қажетті сығымдау беріктігін анықтайды, оны әдетте 28 күндік мегапаскальмен (МПа) немесе шаршы дюймге фунт стерлинг ретінде береді. Жиырма сегіз күн - бұл қажетті мықтылықтардың алынатындығын анықтау үшін ұзақ күту, сондықтан бетонның 28 күндік қысу күшін болжау үшін үш және жеті күндік күштер пайдалы болуы мүмкін. 7% мен 28 күн арасындағы 25% күшейту көбінесе 100% OPC (кәдімгі портландцемент) қоспаларымен байқалады, ал 25 - 40% күштілік флэш сияқты пуццоландарды және қосымша цементті материалдарды қосқанда жүзеге асырылады ( Қожды цемент сияқты SCM). Күштің артуы қоспаның түріне, оның құрамына, стандартты емдеуді қолдануға, сертификатталған техниктердің тиісті сынағына және көлікте цилиндрлердің күтіміне байланысты. Шұғыл практикалық ойлар үшін бетонның жаңа, пластикалық күйінде оның іргелі қасиеттерін дәл тексеру қажет.

Әдетте бетоннан сынамалар алынады, сынақ хаттамалары зертханалық жағдайда емделуді талап етеді (стандартты емдеу). Қосымша сынамалар ерте «аршу» мықтылығы үшін өрістен (стандартты емес) өңделуі мүмкін, яғни форманы алып тастау, емдеуді бағалау және т.б., бірақ стандартты цилиндрлер қабылдау критерийлерінен тұрады. Бетон сынақтары бетонның «пластикалық» (суланбаған) қасиеттерін орналастыруға дейін және орналастыру кезінде өлшей алады. Бұл қасиеттер бетонның беріктендірілген сығылу беріктігі мен беріктігіне әсер ететіндіктен, «сапалы» бетонның өндірісі мен орналастырылуын қамтамасыз ету үшін өңделгіштік қасиеттері (құлдырау / ағын), температура, тығыздық және жас мөлшері бақыланады. Жобаның орналасқан жеріне байланысты тестілер орындалады ASTM International, Еуропалық стандарттау комитеті немесе Канадалық стандарттар қауымдастығы. Сапаны өлшеу жеткізілетін және орналастырылатын бетон материалдарының әлеуетін білдіруі керек болғандықтан, бетон сынақтарын жүргізетін бетоншылардың осы стандарттарға сәйкес сертификаттауы міндетті болып табылады. Құрылымдық дизайн, нақты материалдың дизайны мен қасиеттері көбінесе ұлттық / аймақтық жобалау кодтарына сәйкес көрсетіледі Американдық бетон институты.

Сығымдау күші сынақтарды сертификатталған техниктер аспапты қолдана отырып өткізеді, гидравликалық қошқар ол жыл сайын бақыланатын құралдармен калибрленген Цемент және бетон анықтамалық зертханасы (CCRL) Ұлттық стандарттар және технологиялар институты (NIST) АҚШ-та немесе халықаралық деңгейдегі аймақтық эквиваленттерде. Стандартталған форм-факторлар 6 «12-ге» немесе 4 «8-ге» цилиндрлік үлгілер болып табылады, кейбір зертханалар текше сынамаларын қолдануды жөн көреді. Бұл үлгілер істен шыққанға дейін сығылады. Созылуға беріктікке арналған сынаулар призматикалық сәуленің үлгісін үш нүктелі ию арқылы немесе стандартты цилиндрлік үлгінің бүйірлерімен қысу арқылы жүргізіледі. Бұл жойқын сынақтарды теңестіруге болмайды бұзбайтын тестілеу пайдалану балға немесе даладағы салыстырмалы бетондардың салыстырмалы беріктігі үшін бірнеше индикаторлар болып табылатын зондтық жүйелер.

Жоғары температурадағы механикалық қасиеттер

300 ° C-тан (572 ° F) жоғары температура бетонның механикалық қасиеттерін, оның құрылымдық өзгерістеріне зиянды әсер етуіне байланысты, оның сығылу беріктігін, сыну беріктігін, созылу беріктігін және серпімді модулін төмендетеді.[6]

Химиялық өзгерістер

Температураның жоғарылауымен бетон судың булануына байланысты гидратация өнімін жоғалтады. Сондықтан оның ылғал ағынының бетонға төзімділігі төмендейді және суланбаған цемент түйіршіктерінің саны химиялық байланысқан судың азаюымен өседі, нәтижесінде қысу беріктігі төмендейді.[7]. Сондай-ақ, кальций гидроксидінің бетондағы ыдырауы әк пен суды түзеді. Температура төмендеген кезде әк сумен әрекеттеседі және күштің төмендеуіне әкеледі.[8]

Физикалық өзгерістер

Жоғары температурада бетонның ішінде кішкене жарықтар пайда болады және температураның жоғарылауымен таралады, мүмкін дифференциалды болуы мүмкін кеңеюдің жылу коэффициенттері цемент матрицасында. Сол сияқты, бетоннан су буланған кезде судың жоғалуы цемент матрицасының жиырылуымен кеңеюіне кедергі келтіреді. Сонымен қатар, температура 573 ° C (1,063 ° F) жеткенде кремнийлі толтырғыштар α фазасынан, алты қырлы кристалл жүйесінен β фазасына, bcc құрылымына ауысады, бұл бетонның кеңеюіне және материалдың беріктігінің төмендеуіне әкеледі.[9]

Бөлу

Жоғары температурада шашырау бу қысымы мен жылу кернеулерінен туындайтын айқын көрінеді.[10] Бетон беті жеткілікті жоғары температураға ұшыраған кезде, бетіне жақын су атмосфераға бетоннан шыға бастайды. Алайда, беті мен ішкі қабаты арасындағы жоғары температура градиенті кезінде бу төменірек температурада конденсациялануы мүмкін жерде де ішке қарай жүре алады. Сумен қаныққан интерьер будың бетон массасына одан әрі жылжуына қарсы тұрады. Егер будың конденсация жылдамдығы жеткілікті жоғары қыздыру жылдамдығына немесе жеткілікті тығыз кеуекті құрылымға байланысты бетоннан шыққан будың шығу жылдамдығынан әлдеқайда жылдам болса, үлкен кеуектің қысымы шашырауды тудыруы мүмкін. Сонымен қатар, бетіндегі термиялық кеңею бетонның созылу кернеуіне қарсы перпендикулярлық қысу кернеуін тудырады. Спаллинг қысу кернеуі созылу кернеуінен асып кеткен кезде пайда болады.[11]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Джонс, Катрина (1999). «Бетонның тығыздығы». Физика туралы анықтамалықтар.
  2. ^ Дэвид Хэмблинг (2007 ж. 13 сәуір). «Иранның жазылмас бункерлері?». Сымды. Алынған 2008-01-29.
  3. ^ Гленн жуушы; Пол Фукс; Бенджамин Грейбиал (2007). «Реактивті ұнтақ бетонының серпімді қасиеттері». Deutsche Gesellschaft Fur Zerstorungsfreie Prufung E. V.
  4. ^ ACI комитеті 318 (2008). ACI 318-08: Құрылымдық бетонға және түсіндірмеге арналған құрылыс кодексіне қойылатын талаптар. Американдық бетон институты. ISBN  978-0-87031-264-9.
  5. ^ «Портландцементбетонның жылу коэффициенті». Портландцементті бетон жабындарын зерттеу. Федералды автомобиль жолдары әкімшілігі. Алынған 2008-01-29.
  6. ^ Цяньминь, Ма; Ронгсин, Гуо; Джиман, Чжао; Жиуэй, Лин; Kecheng, He (2015). «Жоғары температурадағы бетонның механикалық қасиеттері - шолу». Құрылыс және құрылыс материалдары. 93 (2015): 371–383. дои:10.1016 / j.conbuildmat.2015.05.131.
  7. ^ М., Саад; С.А., Або-Эль-Энейн; Г.Б., Ханна; М.Ф., Котката (1996). «Температураның құрамында кремний түтіні бар бетонның физикалық-механикалық қасиеттеріне әсері». Cem Concr Res. 26 ((5) (1996)): 669–675. дои:10.1016 / S0008-8846 (96) 85002-2.
  8. ^ Лин, Вэй-Мин; Лин, Т.Д .; Л. Дж., Пауэрс-Коуш (1996). «Өрттен зақымдалған бетонның микроқұрылымдары». Материалдар журналы. 93 (3): 199–205. Алынған 5 наурыз 2020.
  9. ^ Ли, Х.Ж .; Ли, З.Ж .; Онофрей, М .; Балливи, Г .; Хаят, К.Х. (1999). «Әр түрлі термомеханикалық және термогидравликалық жағдайлардағы HPC микроқұрылымдық сипаттамалары». Материалдар мен құрылымдар. 32 (Желтоқсан 1999): 727-733. дои:10.1007 / BF02905069.
  10. ^ Консолазио, Г.Р .; Маквей, МС .; Rish III, J.W. (1998). «Сәулелі қыздыруға ұшыраған қаныққан цемент ерітіндісіндегі тесік қысымын өлшеу және болжау». ACI Mater J. 95 ((5) (1998)): 525–536. Алынған 5 наурыз 2020.
  11. ^ Озава, М .; Учида, С .; Камада, Т .; Моримото, Х. (2012). «Акустикалық эмиссияны қолдана отырып, жоғары температурада беріктігі жоғары бетондағы жарылғыш шашырау механизмдерін зерттеу». Constr Build Mater. 37 (2012): 621–628. дои:10.1016 / j.conbuildmat.2012.06.070.