Raudoituksen suojaaminen korroosiolta
Nykyisten eurokoodien mukaan betonin suojabetonipeitteen vähimmäispaksuus (cnom) on määrätty. Tällaisen betonipeitteen paksuus on lyhin etäisyys teräsbetonielementin ulkopinnasta ensimmäiseen raudoitukseen. Linjaelementeissä se on rengasmainen side, ja pintaelementeissä se on alempi pitkittäisraudoitus. Nimellinen suojabetonipeite määritellään seuraavasti: cnom = cmin + Δcdev
cmin on vähimmäismäärätty suojabetonikerros, jonka arvo riippuu betonin ja raudoituksen tartuntaolosuhteista, ympäristöolosuhteista, raudoituksen pinnoitteesta jne. Δcdev on arvo, joka kuvaa toteutuksen poikkeamaa. Teräsbetonielementin rasitusluokasta riippuen nimellisen suojabetonikerroksen arvot vaihtelevat; se on useimmiten välillä 2,5 cm–3,5 cm. Perustuksissa sen katsotaan olevan 5cm.
Sementtilaastin ja betonin käyttäytyminen toistuvassa kuumentamisessa ja jäähdyttämisessä
Tuoreen betonin lujuutta voidaan nopeasti lisätä lämmittämällä sitä asteittain höyryllä tai pitämällä sitä vähitellen lämmitetyssä vedessä ja sen jälkeen jäähdyttämällä kevyesti. Tällä tavoin yhden päivän käsittelyn jälkeen saavutetaan lujuuksia, joihin tavallisessa menetelmässä päästään vasta useiden viikkojen kuluttua. Vaikutuksen aste riippuu sementistä ja kiviaineksen laadusta, mutta niukkabetonilla saavutetaan kuitenkin paljon parempia tuloksia kuin runsasbetonilla.
Jos lämmitys ja jäähdytys tapahtuvat laajoissa rajoissa, betonielementtiin syntyy huomattavia jännityksiä, jos lämmitys ja jäähdytys suoritetaan nopeasti. Tällaisessa tapauksessa, erityisesti toistuvasti esiintyessään, on varauduttava halkeamiin, jotka etenevät ulkoa sisäänpäin ja vaikuttavat betonin mekaanisiin ominaisuuksiin. Tällöin eri sementit käyttäytyvät eri tavoin, minkä vuoksi käytännön sovellusta varten suositellaan sementin huolellista valintaa.
Betonin lämmönläpäisevyys
Betonin lämmönjohtavuuskerroin riippuu runkoaineen ja sementin ominaisuuksista, sementin määrästä, sekoitusveden määrästä, betonin kosteudesta sekä lämpötilan korkeudesta. Kokeissa, joissa käytettiin 10 cm paksuisia levyjä ja voimakkaasti kuivattua betonia, lämmönjohtavuuskertoimen λ on todettu olevan 1,163 W/mK lämpötilassa 10 oC, ja vedessä olleesta betonista valmistetuilla levyillä se on jopa 2,326 W/mK. Paksummat levyt antoivat suurempia lämmönjohtavuuskertoimia; suurin arvo oli 2,38 W/mK.
Betonin lämpölaajeneminen
Laajeneminen riippuu suurelta osin kiviaineksesta, sitten betonin kosteudesta sekä itse sementistä. Tähän mennessä tunnetut raja-arvot lämpötiloissa 0–40 oC ovat noin 6–13*10-6 m/m jokaista astetta kohti.
Kestävyys toistuvaa kuormitusta vastaan
1. Puristuslujuus väsymisessä. Väsymislujuuden käsite on tässä käytetty yleisessä merkityksessä; teknisessä sovelluksessa on aina ilmoitettava väsymislujuus (puristus, veto, vuorotteleva puristus ja veto, taivutus, leikkaus, puhdas leikkaus, nurjahdus) sekä kuormitustapa (vain tasainen, vain toistuva, osittain tasainen ja osittain muuttuva).
Puristuslujuus kuormitusväsymyksessä tasaisen kuormituksen vaikutuksesta: on odotettavissa, että pitkäaikaista kuormitusta kestävä vastus on vähintään ¾ siitä lujuudesta, joka saadaan tavallisessa puristuskokeessa.
Puristuslujuus toistuvien kuormitusten aiheuttaman väsymyksen yhteydessä (perusdynaaminen lujuus): on osoitettu, että eri koostumuksisten betonipylväiden, erityisesti eri sementtimäärien ja eri raekokojen omaavien, perusdynaaminen puristuslujuus on vähintään 0,5 prismalujuudesta tavallisessa kuormituksessa murtumiseen asti. Tällöin kuormitussyklejä tehtiin 260 minuutissa; tämän perusdynaamisen lujuuden määrittämiseen käytettyjen syklien kokonaismäärä oli kaksi miljoonaa. Kun syklisten kuormitusten määrä minuutissa kasvoi (tutkittiin 10 – 450 sykliin minuutissa), kasvoi myös murtumiseen johtava toistojen määrä.
Väsymismurtolujuus samanaikaisen tasaisen ja toistuvan kuormituksen vaikutuksesta: Kun toistuviin kuormituksiin lisättiin tasaisia kuormituksia, toistuvien kuormitusten amplitudien arvot pienenivät tasakuormien kasvaessa; nämä kuormat toistettiin muuten kaksi miljoonaa kertaa. Esimerkiksi kuva 1 osoittaa, että toistuvien kuormitusten amplitudit S olivat:
- tasaisessa kuormituksessa σu = 6 kg/cm2 S = 109 kg/cm2
- rauhallisessa kuormituksessa σu = 118 kg/cm2 S = 39 kg/cm2
- levossa olevalla kuormituksella, kun σu = 157 kg/cm2 S = 8 kg/cm2
Kuva 1
Kuva. 2
2. Betonín taivutuslujuus väsymyksessä. Kuvassa 2 esitetyt kokeet palkkeihin, joita pidettiin jatkuvasti kosteina, osoittivat perusdynaamisella kuormituksella, että taivutuslujuus väsymyksessä on 28 kg/cm2, kun taas tavallinen taivutuslujuus oli 53 kg/cm2, mikä vastaa suhdetta 0,53.
Kevytbetoni
Kevytbetoni (betonin tiheys alle 18 kN/m3) saadaan käyttämällä kevyitä, huokoisia kiviaineksia, kuten: hohkakiveä, masuunikuonaa, kattilakuonaa, lisäksi käyttämällä luonnon- tai keinohiekasta ja jauheesta tehtyä laastia, johon lisäaineet valmistuksen aikana kehittävät kaasua (kaasubetoni) tai aiheuttavat laastissa vaahtoamista (vaahtobetoni).
Kevytbetonia käytetään muun muassa paljon muurattavien harkkojen ja hohkakivilaattojen valmistukseen seiniä ja kattoja varten; kuivana se johtaa lämpöä huonosti; lujuus on kohtalainen, mutta sitä on helppo työstää, joten kevyitä harkkoja voidaan valmistaa luotettavasti asuinrakennusten kantaviin seiniin.
Kaasubetonissa kaasunmuodostusaineena käytetään alumiinijauhetta. Lisäaineiden määrän sekä muiden olosuhteiden mukaan saadaan enemmän tai vähemmän huokoinen materiaali, jonka kuivapaino on noin 3 kN/m3 ja siitä ylöspäin.
1. Kevytbetonin tilavuuspaino. Luonnonpumicea käyttämällä voidaan taata tilavuuspainot – oletettuna kuivatussa tilassa lämpötilassa 105 oC – alkaen 7 kN/m3 ja sitä suuremmat, puristuslujuuksilla 2 MPa. Odotettavissa oleva tilavuuspaino on suunnilleen irtotilassa olevan kiviaineksen ja sementin summa. Huokosbetoni, jonka tilavuuspaino on yli 8 kN/m3, on yleensä teknisesti soveltumatonta.
2. Kevybetonin puristuslujuus. Massabetonilla voidaan ilman erityisiä toimenpiteitä saavuttaa lujuuksia 8 MPa, ja soralla jopa 12 MPa asti. Tarvitaan jatkuvia soveltuvuuskokeita. Huokoinen betoni (kaasubetoni ja vaahtobetoni) soveltuu kantaviin seiniin vasta höyrynpaineessa kovettamisen jälkeen. Sopivilla raaka-aineilla voidaan taata tilavuuspainoiksi 6 kN/m3 ja puristuslujuuksiksi 5 MPa.
3. Kevytbetonin taivutuslujuus. Taivutus- ja puristuslujuuden välinen suhde osoittautui käytännön tarpeiden kannalta melko suureksi, ja lujuuden kasvaessa tämä suhde pienenee.
4. Kevyen betonin kutistumisaste. Kutistumisaste riippuu pääasiassa runkoaineen kimmoisuudesta sekä kovettuneen sementin määräsuhteesta; kevyen betonin kutistuminen on suurempi kuin sorabetonin kutistuminen. Tiilimurskabetonissa havaittiin yhden vuoden aikana kokonaiskutistuma noin 0,65 mm/m. Vastikään toimitetut luonnonhuokoskivielementit olivat 14 m kuukauden aikana lyhentyneet noin 0,8 mm/m. Kaasubetonin ja vaahtobetonin näytteet, jotka kovettuivat ilmassa, osoittivat vielä paljon suurempaa kutistumista, jopa yli 2 mm/m. Ei pidä unohtaa, että kaikki betoni turpoaa sateen ja sulaneen lumen kosteuttaessa sitä, ja myöhemmin kuivuessaan se kutistuu jälleen.
Kuv. 3
5. Lämmönjohtavuuskerroin. Lämmönjohtavuuskerroin pienenee tilavuuspainon kasvaessa, ja muuten samoissa olosuhteissa se pienenee sitä enemmän, mitä pienempiä sen ilmaporeet ovat ja mitä tasaisemmin ne ovat jakautuneet. Ilmakuivan kevytsoran osalta se oli (λ = 0,4625 9 kN/m3:lle; λ = 0,58 – 0,7 12 kN/m3:lle; λ = 0,81 – 1,05 16 kN/m3:lle). Ilmakuivasta kaasubetonista tiedot antaa kuva 3.
HUOMAUTUS:
- 0,1 kcal/mhoC = 0,1163 W/mK
- 0,1 kg/dm3 = 100 kg/m3 = 1 kN/m3