Beton (af fransk béton ) er et kunstigt stenbyggemateriale opnået ved at støbe og hærde en rationelt udvalgt, grundigt blandet og komprimeret blanding af mineralsk (for eksempel cement ) eller organisk bindemiddel, grove eller fine tilslag, vand [1] . I nogle tilfælde kan det indeholde specielle tilsætningsstoffer og heller ikke indeholde vand (for eksempel asfaltbeton ).
I byggeriet er beton fremstillet af cement eller andre uorganiske bindemidler mest udbredt. Disse betoner forsegles normalt med vand. Cement og vand er de aktive bestanddele af beton; som et resultat af reaktionen mellem dem dannes en cementsten, som fastgør aggregatkornene til en monolit.
På organiske bindemidler ( bitumen , mineralharpikser) opnås betonblandingen uden indføring af vand, hvilket sikrer høj densitet og uigennemtrængelighed af beton.
Den tidligste beton opdaget af arkæologer under udgravninger i landsbyen Lepenski Vir (Serbien) kan tilskrives 5600 f.Kr. e. I en af hytterne i den gamle bebyggelse var et 25 cm tykt gulv [2] [3] lavet af beton blandet med grus og lokal kalk .
Beton blev meget brugt i det gamle Rom [2] . Italien er et vulkansk land med let tilgængelige ingredienser, som man kan fremstille beton af, herunder puzzolaner og lavabrokker . Romerne brugte beton i massekonstruktionen af offentlige bygninger og strukturer, herunder Pantheon , som stadig er den største uarmerede betonkuppel i verden. Samtidig var denne teknologi ikke udbredt i den østlige del af staten, hvor sten traditionelt blev brugt i byggeriet, og derefter billig sokkel - en slags mursten.
På grund af det vestromerske imperiums tilbagegang kom den storstilede opførelse af monumentale bygninger og strukturer til intet, hvilket gjorde brugen af beton upraktisk og, kombineret med den generelle forringelse af håndværk og videnskab, førte til tab af produktionen. teknologi. I løbet af den tidlige middelalder var de eneste større arkitektoniske genstande katedraler, som blev bygget af natursten.
Et patent på "romersk cement" blev opnået i 1796 af James Parker . I første halvdel af det 19. århundrede blev Portlandcement af den moderne type udviklet af mange forskere og industrifolk. Et patent på Portland cement blev modtaget i 1824 af Joseph Aspdin , i 1844 forbedrede I. Johnson Aspdins Portland cement. I 1817 opfandt Vika cementklinker , og i 1840 Portlandcement. Sideløbende med væksten i produktionen af Portlandcement var der en stigning i brugen af cementmørtler og beton i byggeriet.
Verdens førende inden for betonproduktion er Kina (430 millioner m³ i 2006) [4] og USA (345 millioner m³ i 2005 [5] og 270 millioner m³ i 2008) [4] . I Rusland blev der i 2008 produceret 52 millioner m³ beton [4] .
Ifølge GOST 25192-2012 "Beton. Klassificering og generelle tekniske krav" [6] og GOST 7473-2010 "Betonblandinger. Specifikationer” [7] , klassificeringen af beton (med undtagelse af beton baseret på bituminøse bindemidler - asfaltbeton ) udføres efter hovedformål, bindemiddeltype, tilslagsmateriale, struktur og hærdningsforhold:
Cementbeton fremstilles ved at blande cement, sand, knust sten og vand (deres forhold afhænger af cementmærket, fraktion og fugtindhold i sand og knust sten) samt små mængder tilsætningsstoffer ( blødgørere , vandafvisende midler osv.). ). Cement og vand er de vigtigste bindende komponenter i produktionen af beton. For eksempel, når der anvendes klasse 400 cement til fremstilling af klasse 200 beton, anvendes et forhold på 1:3:5:0,5. Hvis der anvendes cementkvalitet 500, opnås ved dette betingede forhold betonkvalitet 350. Forholdet mellem vand og cement (" vand-cement-forhold ", "vand-cement-modul"; betegnet "W / C") er en vigtig egenskab af beton. Styrken af beton afhænger direkte af dette forhold: jo lavere W / C, jo stærkere beton. Teoretisk set er W / C = 0,2 tilstrækkelig til cementhydrering, men sådan beton har for lav plasticitet, derfor anvendes W / C = 0,3-0,5 og højere i praksis.
En almindelig fejl ved håndværksproduktion af beton er overdreven tilsætning af vand, hvilket øger betonens mobilitet, men reducerer dens styrke flere gange, derfor er det meget vigtigt at observere vand-cementforholdet nøjagtigt, som beregnes i henhold til tabellerne afhængigt af det anvendte cementmærke [8] .
Som fyldstof kan naturlige eller kunstige bulkstenmaterialer anvendes. Tilslag optager op til 80-85% af dets volumen i beton og danner et stift skelet af beton, hvilket reducerer svind og forhindrer dannelsen af svindrevner.
Alt efter kornstørrelsen opdeles tilslaget i fint ( sand ) og groft ( knust sten og grus ).
Tilslag til selvhelbredende beton kan være kemiske (baseret på bitumen) og organiske (kapsler med calcium-producerende bakterier). Sådan selvhelbredende beton er lovende til konstruktion af for eksempel broer. Testresultater viser næsten fuldstændig revneheling inden for omkring 4 uger [9] .
En af de vigtigste komponenter i betonblandingen er sand. Til fremstilling af beton er det bedre at bruge naturligt sand fra medium til groft. Størrelsen af sand og dets forhold til groft tilslag (knust sten eller grus i tung beton, ekspanderet ler i let beton) i sammensætningen af betonblandingen påvirker mobiliteten og mængden af cement. Jo finere sand, jo mere mineraltilslag og vand kræves. Den vigtigste begrænsning i brugen af naturligt sand er begrænsningen af tilstedeværelsen af ler eller lerpartikler i sandets sammensætning. Små (ler)partikler påvirker betonens styrke meget kraftigt. Selv en lille mængde af dem fører til et betydeligt fald i betonens styrke. Derfor, i fravær af naturligt sand uden lerpartikler, forbedres (beriges) det tilgængelige sand ved hjælp af følgende procedurer: sandvask; adskille sand i fraktioner i en vandstrøm; adskillelse fra sandet af den ønskede fraktion; blande sand tilgængeligt i arbejdsområdet med importeret højkvalitetssand.
Efter berigelse og klargøring skal sandet opfylde de betingelser, der er defineret af det såkaldte standardscreeningsområde. Kornsammensætningen, bestemt ved at sigte sand gennem sigter med forskellige åbninger, skal passe ind i området vist på figuren med streger. Det er muligt at anvende sand med partikelstørrelser under hensyntagen til det uskyggede område, men kun for betonkvalitet 150 og derunder [10] .
I stedet for sand kan affald fra produktionen af metallurgiske, energi-, minedrifts-, kemiske og andre industrier med held bruges [11] .
Betonblandingen efter klargøring og placering skal komprimeres så hurtigt som muligt. Under komprimeringsprocessen fjernes luften i luftlommerne, og lægget omfordeles for tættere kontakt med de faste fraktioner af beton. Dette fører til en stigning i styrken af den færdige beton. Vibration bruges til komprimering. Ved vibrokomprimering i monolitisk konstruktion anvendes manuelle vibratorer, i blokkonstruktion anvendes vibropresser . Hærdetemperatur - fra +5 °C til +30 °C.
Ved betonarbejde opstår der teknologiske rester af beton i betonpumpen eller blanderen, når de drænes til jorden, opstår der lokal forurening. For effektiv udnyttelse af betonrester [12] er det muligt at forberede små forme på forhånd.
Den vigtigste indikator, der kendetegner beton, er trykstyrke. Det etablerer klassen af beton.
Betonklasse B er den kubiske (prisme) styrke i MPa, taget med en garanteret sikkerhed (konfidensniveau) på 0,95. Det betyder, at den egenskab, der er angivet af klassen, leveres mindst 95 gange ud af 100, og kun i fem tilfælde kan du forvente, at den ikke bliver opfyldt.
I henhold til SNiP 2.03.01-84 "Beton- og armerede betonkonstruktioner" er klassen angivet med det latinske bogstav "B" og tal, der viser modstandstrykket i mega pascal (MPa). For eksempel betyder betegnelsen B25, at standardterninger (150 × 150 × 150 mm) lavet af beton af denne klasse kan modstå et tryk på 25 MPa i 95% af tilfældene. For at beregne styrkeindekset er det også nødvendigt at tage højde for koefficienterne, for eksempel for beton af klasse B25 med hensyn til trykstyrke, er standardmodstanden Rbn brugt i beregningerne 18,5 MPa, og designmodstanden Rb er 14,5 MPa.
Betonens alder, svarende til dens klasse med hensyn til trykstyrke og aksial spænding, tildeles under design, baseret på de mulige faktiske betingelser for belastning af strukturen med designbelastninger, opstillingsmetoden og betingelserne for betonhærdning. I mangel af disse data etableres betonklassen i en alder af 28 dage.
Sammen med klasser er betonens styrke også fastsat af karakterer, angivet med det latinske bogstav "M" og tal fra 50 til 1000, der angiver trykstyrken i kgf / cm². GOST 26633-91 “Tung og finkornet beton. Specifikationer" fastslår følgende overensstemmelse mellem kvaliteter og klasser med en variationskoefficient i betonstyrke på 13,5%:
Styrkeklasse af beton | Det tætteste betonmærke med hensyn til styrke | Moderne international betegnelse [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 | — | — |
Denne tabel er blevet fjernet fra den aktuelle version af GOST 26633-2015.
Indtil testøjeblikket skal betonprøver opbevares i normale hærdningskamre , styrken af den færdige struktur kan kontrolleres ved ikke-destruktive testmetoder ved hjælp af Kashkarov , Fizdel eller Schmidt hamre , sklerometre af forskellige designs, ultralydsenheder og andre.
Ifølge GOST 7473-2010, i henhold til bearbejdelighed (angivet med bogstavet "P"), skelnes betoner:
GOST etablerer følgende betegnelser for betonblandinger i henhold til bearbejdelighed:
Bearbejdelighedsgrad | Stivhedsstandard, s | Kegletræk, cm |
---|---|---|
Super hårde blandinger | ||
SG3 | Over 100 | - |
SG2 | 51-100 | - |
SG1 | mindre end 50 | - |
Stive blandinger | ||
G4 | 31-60 | - |
F3 | 21-30 | - |
G2 | 11-20 | - |
G1 | 5-10 | - |
Mobile blandinger | ||
P1 | 4 eller mindre | 1-4 |
P2 | - | 5-9 |
P3 | - | 10-15 |
P4 | - | 16-20 |
P5 | - | 21 og over |
Bearbejdelighedsindekset er af afgørende betydning ved udstøbning med betonpumpe . Til pumpning anvendes blandinger med et bearbejdelighedsindeks på mindst P2.
Test af klimakamre bruges til at teste beton for frostbestandighed og vandmodstand .
Brugen af additiver giver dig mulighed for betydeligt at påvirke blandinger, betoner og mørtler ved at give dem specifikke egenskaber. GOST 24211-2008 "Tilsætningsstoffer til beton og mørtler. Generelle specifikationer" tilbyder følgende klassificering af additiver:
Ifølge GOST 7473-2010 skal betegnelsen af betonblandingen bestå af:
For eksempel skal en brugsklar betonblanding af tung beton af B25 trykstyrkeklasse, P3 bearbejdelighedsgrad, F200 frostbestandighed og W6 vandbestandighed betegnes som BST V25 P3 F200 W6 GOST 7473-2010 . I kommerciel praksis er det også sædvanligt at udskille højstyrke specialbeton VS og beton med brug af knust sten af en fin fraktion af CM (det såkaldte "frø") i en separat kategori.
Vandtætningsbeskyttelse af beton er opdelt i primær og sekundær. De primære foranstaltninger omfatter foranstaltninger, der sikrer uigennemtrængeligheden af konstruktionens konstruktionsmateriale. Til den sekundære - yderligere belægning af overfladerne af strukturer med vandtætningsmaterialer (membraner) fra siden af direkte eksponering for et aggressivt miljø [14] .
Primære beskyttelsesforanstaltninger involverer brug af materialer med øget korrosionsbestandighed i et aggressivt miljø, samt giver lav betonpermeabilitet. Primære beskyttelsesforanstaltninger omfatter også valg af rationelle geometriske konturer og former for strukturer, tildeling af revnemodstandskategorier og den maksimalt tilladte revneåbningsbredde, overvejelse af kombinationen af belastninger og bestemmelse af en kort revneåbning, udpegning af tykkelsen af betonbeskyttelseslaget under hensyntagen til dets uigennemtrængelighed. Den primære beskyttelse kan også tilskrives brugen af integrerede kapillære materialer - vandtætning med bygningsblandinger med gennemtrængende virkning . Samtidig komprimeres betonens struktur, og der er en stigning i vandbestandighed, frostbestandighed, trykstyrke og korrosionsbestandighed i hele levetiden.
Den sekundære beskyttelses opgave er at forhindre eller begrænse muligheden for kontakt mellem et aggressivt miljø og beton. Støvfjernende imprægneringer, tyndlagsbelægninger, selvnivellerende gulve og højfyldte belægninger anvendes som sekundær beskyttelse. Oftest anvendes epoxy-, polyurethan- og polyesterkomponenter som bindemiddel ved fremstilling af polymersammensætninger. Betonbundsbeskyttelsesmekanismen består i at komprimere overfladelaget og isolere overfladen.
Problemet med at beskytte beton mod kemisk og elektrisk korrosion er især akut for jernbanetransportanlæg, hvor herreløse lækstrømme kombineres med aggressiv kemisk eksponering.
En væsentlig ulempe ved beton afsløres under byggeriet om vinteren, når styrken af de betonkonstruktioner, der opføres, er i fare på grund af lave temperaturer. Af denne grund er der behov for tvungen opvarmning af beton.
Grundlæggende og yderligere metoder til opvarmning af beton [15] :
Ordbøger og encyklopædier |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Byggematerialer | |
---|---|
Strukturel | |
Tagdækning | |
Efterbehandling | |
Pladsholdere | |
Astringerende stoffer |