Archiefexpertinhoud: het artikel bewaart historische beweringen, tabellen en diagrammen over cementmortel en beton, maar is geen mengselontwerp, materiaalspecificatie, betonplan, structurele berekening, testgids of evaluatie van een bestaand element. De samenstelling, eigenschappen, blootstellingsklasse, consistentie, installatiemethode, onderhoud, kwaliteitscontrole en ontwerpwaarden moeten worden bepaald door verantwoordelijke experts op basis van het specifieke object, de aangegeven materialen en geldige normen.
Savo Kusić richt zich vandaag op houten ramen, hout-aluminium ramen, op maat gemaakte ramen, deuren en offerteaanvragen. Dit artikel blijft een historisch archief en vormt geen aanbod voor het ontwerpen, vervaardigen, testen of uitvoeren van betonconstructies.
Algemene gegevens
De samenstelling van de cementmortel of de samenstelling van het beton van een pijler, een tussenvloerconstructie van gewapend beton, een bewerkt betonelement, een trottoirplaat, een brugboog of een betonweg wordt in de regel als bevredigend beschouwd als het betreffende constructie-element met zo min mogelijk materiaal en arbeid zodanig is vervaardigd dat het voldoende duurzaam en geschikt is voor het doel. Wat als permanent en geschikt voor het beoogde doel moet worden beschouwd, moet van geval tot geval worden gedefinieerd: voordat met de bouw van een gebouw wordt begonnen, is het daarom noodzakelijk om te bepalen welke eigenschappen mortel en beton moeten hebben in termen van druksterkte, buigsterkte, weerstand tegen weersinvloeden, waterdichtheid, enz. Er zijn veel verschillende instructies hiervoor in de bouwvoorschriften, evenals veel numerieke beperkingen.
De taak van de bouwaannemer is ervoor te zorgen dat de waarden van individuele eigendommen voldoen aan de vereiste waarden. De eigenschappen van beton kunnen sterk worden beïnvloed als gebruik wordt gemaakt van de kennis die vandaag de dag beschikbaar is.
Voorwaarden voor het maken van beton met homogene eigenschappen
Indien de druksterkte van een bouwelement na 28 dagen 40 MPa moet zijn, of indien voor het beton van een bestratingsconstructie vereist is dat de buigsterkte na 28 dagen 4,5 MPa moet zijn, dan mogen deze grenswaarden nergens overschreden worden; de onderste grenswaarde kan dicht bij de voorwaardelijke waarde liggen. Naarmate bij de uitvoering van het object aan nauwere grenzen wordt voldaan, voert de opdrachtnemer zijn taak beter uit. Het is zeer schadelijk als de geconditioneerde waarden op bepaalde – ook al zijn het maar enkele – plaatsen ver achterblijven.
Historische waarden en recepten: De onderstaande figuren, verhoudingen, markeringen, zorgprocedures en limieten zijn overgenomen uit het originele artikel om de inhoud te behouden. Ze mogen niet worden gebruikt als modern recept, acceptatiecriteria of vervanging van het mengselontwerp, laboratoriumtests, materiaalverklaringen, technologisch plan en toepasselijke regelgeving.
Druksterkte van cementmortel en beton
De grootte van de druksterkte hangt grotendeels af van de eigenschappen van het cement, de hoeveelheid cement, de hoeveelheid en samenstelling van zand en toeslagmateriaal, de hoeveelheid water in het beton tijdens installatie, de installatiemethode, enz.
Tabel 1. De invloed van de hoeveelheid aggregaat bij dezelfde hoeveelheid mortel.
1. cement
De druksterkten van cementmortel en beton zijn bepaald door eerdere waarnemingen en worden gedefinieerd door regelgeving.
2. Hoeveelheid cement
Volgens afb. 1a neemt de druksterkte toe met een toename van de hoeveelheid cement als het mortelaandeel in het beton hetzelfde blijft, terwijl de hoeveelheid cement in de mortel toeneemt en de consistentie van het beton voortdurend onveranderd blijft. Als de hoeveelheid mortel onveranderd blijft en alleen de hoeveelheid toeslagmateriaal toeneemt of afneemt, zal de sterkte slechts in geringe mate veranderen, zolang de hoeveelheid mortel voldoende is om alle toeslagkorrels te bevatten. De druksterkte van beton zal niet oneindig toenemen met een toename van de hoeveelheid cement - slechts tot een bepaalde grens. Na die limiet zal de toename in sterkte onbeduidend zijn in verhouding tot de prijs, die aanzienlijk zal stijgen met de toename van de hoeveelheid cement. De optimale hoeveelheid cement voor 1 m3 beton is 300-350 kg.
Tabel 2. De invloed van de hoeveelheid zand in beton.
3. Hoeveelheid mortel in beton
De druksterkte van beton wordt bepaald door de sterkte van de mortel, zoals bevestigd door de tabellen 1 en 2. Dit is alleen geldig als de sterkte van het toeslagmateriaal groter is dan de sterkte van de mortel en als de hoeveelheid mortel voldoende is om de grove korrels van het toeslagmateriaal volledig te bedekken.
4. Granulometrische samenstelling van aggregaat
De benutting van het bindmiddel zal volledig worden bereikt als de korrelgroottesamenstelling van de toeslagstoffen in het beton overeenkomt met de verhoudingen die grafisch worden weergegeven in de figuur 2. In figuur 2 is de volledig verlengde curve van toepassing op rivier- en gebroken grind. Deze curve laat zien dat 25% van het totale aggregaat door een zeef moet gaan met een opening #0,2mm; 65% moet door de zeef met diameter #3mm gaan. De bovengrens voor het aggregaat wordt bepaald door een zeef met een diameter van #7mm.
De huidige normen voor het bepalen van de granulometrische samenstelling van aggregaten zijn anders. Er zijn vier samengestelde breuken: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm en 16/31,5mm. Geaggregeerde categorieën worden bepaald afhankelijk van de hoeveelheid granen met overgewicht en ondergewicht.
Afb. 1.
Afb. 2.
5. De invloed van de hoeveelheid water op vers beton
De druksterkte van beton hangt in grote mate af van de hoeveelheid toegevoegd water. De kleinste hoeveelheid water waarbij het beton de hoogste sterkte bereikt, wordt verkregen wanneer tijdens het verdichten of trillen van het beton tekenen van duidelijk waarneembaar “zweten” optreden, dat wil zeggen wanneer tijdens het verdichten een dunne laag cementmelk wordt gevormd. Bij een verdere toename van de hoeveelheid water neemt de druksterkte af. In dit geval is de water-cementfactor in de eerste plaats de verhouding tussen de massa water en de massa cement en 1 m3 beton. De optimale water-cementfactor voor het bereiken van volledige hydratatie is 0,38 - 0,42. In de praktijk is dit lastig te realiseren en worden deze waarden experimenteel afgeleid, maar er wordt zeker naar gestreefd. Als de hoeveelheid water onvoldoende is, zal het cement niet volledig kunnen hydrateren en zal het beton niet de ontworpen sterkte bereiken. Door water toe te voegen wanneer dat niet nodig is, wordt het beton ook “verstikt”, zodat het zijn ontwerpsterkte niet bereikt. Nadat het beton is geïnstalleerd, is het noodzakelijk om het de komende zeven dagen regelmatig te onderhouden. Verzorging houdt in dat het betonoppervlak wordt besproeid/bewaterd om het verdampte water te compenseren en zodat het cement kan hydrateren zoals gepland.
6. Effect van temperatuur
Bij het bouwen van gebouwen in het koude seizoen moet het beton zo worden opgeslagen dat het niet wordt blootgesteld aan de invloed van vorst voordat de verharding zover is gevorderd dat de druksterkte minimaal 10 MPa is. Als deze procedure zonder verder oponthoud wordt uitgevoerd, kan het noodzakelijke effect allereerst worden bereikt door het toevoegen van antivries, versneller, enz. Antivries voorkomt bevriezing van water in het voorbereide beton en versnellers versnellen het hydratatieproces, dat in de winter extreem langzaam verloopt. Er kan ook aluminaatcement gebruikt worden, wat bijzonder geschikt is voor werken bij vorst, als het om kleinere gebouwen gaat. Als beton in waterverzadigde toestand veelvuldig wordt blootgesteld aan herhaaldelijk invriezen en ontdooien (bijvoorbeeld in het geval van hydrotechnische voorzieningen), kan vernietiging worden verwacht als het beton bij het begin van het bevriezen een druksterkte heeft van minder dan 15 MPa. Bij hoge lucht- en materiaaltemperaturen moet het beton constant vochtig en koel worden gehouden. Het is ook verplicht om de verse betonmassa te bedekken met materiaal dat de verwarming van het betonoppervlak voorkomt. Onder invloed van hoge temperaturen (boven 50 °C) is de ontwikkeling van de druksterkte van beton onvoorspelbaar als de zorg niet adequaat is.
Veiligheid en prestaties: cementstof en vers beton kunnen de ogen, huid en luchtwegen beschadigen, en mixers, pompen, vibrators, bekistingen, steunen en zware elementen brengen extra mechanische risico’s met zich mee. Additieven worden niet willekeurig toegevoegd, noch worden historische referenties voor koud en warm weer gebruikt zonder een goedgekeurd recept, technische fiches, betonplan, beschermingsmiddelen en toezicht.
Treksterkte van beton
De treksterkte van beton hangt grotendeels af van de doorsnedegrootte van de proefmonsters. Door de doorsnede van de proefstukken te vergroten werd een lagere treksterkte verkregen. Bij het testen van de prisma’s van sectie 400 cm2, die waren gemaakt van het gebruikelijke mengsel voor gewapend beton en nadat ze ongeveer drie maanden in vochtige lucht hadden verouderd, werden treksterkten van ongeveer 1,2-2 MPa verkregen. Speciale mengsels voor buizen enz. leverden op tot ongeveer 4 MPa en zelfs meer, als de dikte van de testlichamen overeenkwam met de in de praktijk gebruikte dikte. Voor spuitbeton (spuitbeton voorbereid op de bouwplaats) werd tot 3,6 MPa verkregen. De rek van beton tot bezwijken, gemeten in millimeters bij 1m, bleek gemiddeld 0,07-0,13 mm/m te zijn.
De treksterkte van beton is verwaarloosbaar vergeleken met de druksterkte. In bijna alle gevallen wordt gebruik gemaakt van gewapend beton, met wapening die is ontworpen om de trekkrachten in het element te dragen. Er wordt aangenomen dat beton niets onder spanning draagt, zodat ontwerpers aan de kant van de veiligheid staan. De treksterkte van beton is tien keer lager dan de druksterkte van beton.
Treksterkte van beton bij buigen
De buigsterkte van betonnen balken met rechthoekige doorsneden is groter dan de treksterkte van lichamen met dezelfde afmetingen. Dit komt vooral doordat de rekcoëfficiënt van beton sneller groeit dan de belasting, waardoor de spanningsverdeling die bij de gebruikelijke rekenmethode wordt aangenomen niet wordt gerealiseerd. Bij een balk die wordt blootgesteld aan buiging, treedt de hoogste trekspanning alleen op in het grensvlak van de gespannen band, en wanneer de belasting zich in het midden van de balk bevindt, zelfs alleen op de buitenrand van één sectie.
De grootte van de buigsterkte van 28 dagen oude lichamen, gemaakt van zacht of vloeibaar beton, bleek 2-6 MPa te zijn; balken gemaakt van verdicht beton, monsters van spuitbeton en monsters van spuitbeton, enkele maanden oud en eerst in natte en vervolgens in droge toestand opgeslagen, gaven resultaten op het gebied van buigsterkte van 3,2 MPa. Voor platen gemaakt van hetzelfde materiaal die 8 dagen onder water werden gehouden, werd de buigsterktewaarde van 6,3 MPa.
Krimp, zwelling en kruip van beton
_Krimp en zwelling. Krimpscheuren. Krimpspanningen. Als betonlichamen die in natte toestand zijn gehouden, worden blootgesteld aan uitdroging, begint het drogen aan de oppervlakte en gaat het verder naar binnen. Aan de buitenkant kan beton bijna aan de lucht droog zijn, terwijl de kern nog vochtig is. De droge laag heeft de neiging te krimpen, de vochtige kern niet of slechts in geringe mate. Als gevolg hiervan verschijnen er in een dergelijk betonlichaam trekspanningen op de buitenoppervlakken en drukspanningen in de kern.
Als de trekspanningen de treksterkte van het beton overschrijden, zullen er scheuren verschijnen als gevolg van krimp die dieper of ondieper doordringen in de richting van de kern, en verschijnen op plaatsen met een lagere sterkte. Naarmate het drogen vordert, krimpt de kern geleidelijk en nemen de trekspanningen op de buitenoppervlakken af.
Afb. 3.
Afb. 4.
De hoeveelheid betonkrimp is afhankelijk van het type cement, de hoeveelheid cement, de hoeveelheid water tijdens de voorbereiding, van de korrelgroottesamenstelling en elasticiteit van het steenaggregaat, maar ook van de ouderdom, en vooral van de wijze van onderhoud en klimaat, en in belangrijke mate van de afmetingen van het betonelement.
Longitudinale veranderingen van beton in kolommen en balken blootgesteld aan langdurige belasting. Betonkruip. Kolommen die drie jaar onder de toegestane belasting in een droge kelderruimte stonden en waren gemaakt van beton van gewone samenstelling, werden voortdurend ingekort volgens fig. 3, en aanzienlijk meer dan gelijke maar ongeladen kolommen. Deze vervormingen, die langzaam plaatsvinden en de mate van krimp van onbelast beton overwinnen, worden “kruip” genoemd. De mate van kruip is afhankelijk van de samenstelling van het beton, de grootte en duur van de belasting, evenals van de vochtigheid van het beton. Nat beton kruipt in veel mindere mate dan droog beton, afb. 4. Beton dat lange tijd zonder belasting is gedroogd, kruipt onder belasting slechts lichtjes. Tijdens trekbelasting treedt kruip in dezelfde mate op als tijdens drukbelasting, Fig. 5.
Kruip van beton, d.w.z. het constante meegeven van beton onder belasting resulteert in een toename van het aandeel wapening bij het ontvangen van de belasting in gewapend beton, wat in het geval van zwaar gewapende kolommen kan leiden tot een aanzienlijk reliëf van het beton zelf.
Afb. 5.
Scheuren en vervormingen: de getoonde krimp- en kruiptrends vormen geen voldoende basis voor het evalueren van scheuren, doorbuigingen, draagvermogen of duurzaamheid van een specifiek object. Voor de bestaande constructie is een inspectie, documentatie, metingen en berekeningen vereist; bij nieuwbouw zijn het project, de materiaaleigenschappen, de omgevingsomstandigheden, de bouwvolgorde en geldende regelgeving relevant.
Slipweerstand tussen wapening en beton
Bewapeningsstaven in constructies van gewapend beton moeten volledig trekkrachten ontvangen wanneer tijdens het spannen de weerstand van het beton wordt overschreden als gevolg van betonkrimp en de invloed van externe krachten. Hiervoor is het noodzakelijk dat de wapening via de contactvlakken met het beton zijn belastingen op het beton kan overbrengen, zodat de verankering van de wapening niet bezwijkt onder de toegestane belastingen. De verankering wordt beveiligd door haken aan het uiteinde van de staven. De soorten wapeningsstaven die er bestaan, en de verdeling wordt gemaakt op basis van dwarsribben, zijn: B500A (gladde staaf), B500B (staaf met ribben in één richting) en B500C (staaf met ribben in twee richtingen) richting).
Versterking en beschermlaag: historische markeringen, beschrijving van ribben en verankeringsmethode vormen niet de basis voor de selectie of detaillering van de huidige wapening. Het type staal, diameter, verbinding, verankering, overlap, afstand, beschermlaag en installatie worden bepaald door het project en bevestigd door traceerbare documentatie en inspectie op de bouwplaats.
Slijtageweerstand van cementmortel en beton
Mortels volgens fig. 18 is in dit opzicht ook bijzonder goed; wat de granulometrische samenstelling betreft, moeten in het algemeen de hierboven gegeven instructies met betrekking tot de druksterkte worden gevolgd. Daarnaast wordt een steen aanbevolen die een hoge weerstand tegen slijtage en stoten vertoont. Hulpstoffen die resistenter zijn dan goede harde steen verhogen de slijtvastheid van beton als ze een geschikte korrelgrootte en vorm hebben. Nat beton slijt sneller dan droog beton; vocht helpt bij het schuren.
Weerstand van beton tegen verwering
Wanneer het nodig is om de voorwaarden te stellen voor de productie van weerbestendig beton, moet men allereerst uitgaan van de ervaring die is opgedaan met eerder gebouwde constructies. Allereerst moet aandacht worden besteed aan het volgende:
- Hoe kies je een steen? - Er zijn vaak moeilijkheden bij het kiezen van steen uit economische overwegingen, of het nu nodig is om een steen te gebruiken die, zoals gebroken zand of steenslag, vlak zou blijken te zijn en daardoor een slechte inbedding van beton zou veroorzaken, of dat het een steen is die onvoldoende bestand is tegen weersinvloeden. Hierbij moeten strenge eisen worden gesteld, dat voor buitenbeton uitsluitend steen met een goede weersbestendigheid wordt gebruikt
- Welke hoeveelheid cement is nodig voor beton? - Op buitenoppervlakken moet het beton voldoende waterondoorlatend zijn. Hiervoor kan gebruik worden gemaakt van hetgeen is vastgesteld over de invloed van de granulometrische samenstelling van beton op de waterdoorlatendheid en op basis daarvan kan de benodigde hoeveelheid cement worden bepaald. Sommige optimale hoeveelheden cement liggen tussen 300-350 kg per m3 beton, maar dit kan van geval tot geval sterk variëren (het hangt van veel factoren af).
- Welke granulatie en welke eigenschappen van de korrelsamenstelling van beton moeten we nastreven? - Het hangt van geval tot geval af: rivieraggregaat is gunstiger, ongelijkmatige samenstelling; Gebroken aggregaat kan in sommige opzichten van betere kwaliteit zijn, maar het heeft scherpe korrels die in sommige betonmengsels schadelijk kunnen zijn.
- Welke sterkte van beton is vereist? - Deze vraag is veel moeilijker te beantwoorden dan de vragen die al zijn besproken. Daarom verwijzen alle voorgaande voorstellen naar beperkte mogelijkheden. Om dit probleem op te lossen zijn er verschillende testen uitgevoerd waaruit bleek welke sterkte beton moet hebben om langdurig bestand te blijven tegen cyclisch bevriezen en ontdooien. Er werd geconcludeerd dat beton, voordat het herhaaldelijk wordt blootgesteld aan bevriezen en ontdooien, een druksterkte moet vertonen van minimaal 15 MPa. Als het beton van buitenaf wordt verwerkt, zijn hogere sterktes nodig; in een dergelijk geval wordt aanbevolen om minimaal 25 MPa op te geven.
- Welke consistentie van beton is geschikt? - Wat de consistentie van het beton betreft, bestaat er momenteel het besef dat men voorzichtig moet zijn met gegoten beton, omdat het door de grote hoeveelheid water de uitscheiding bevordert, waarvan de gevolgen zich manifesteren in de manier waarop op elke gestorte laag een min of meer uitgesproken laag fijnkorrelige en waterrijke mortel verschijnt. Die mortel heeft minder sterkte, meer vermogen om water te absorberen, enz.
- In hoeverre moet er rekening gehouden worden met de vorm van het object? - Als bijvoorbeeld het buitenoppervlak wordt gegradueerd, blijft er op een aanzienlijk deel van het beton meer sneeuw en ijs achter dan wanneer de muur wordt behandeld met gladde oppervlakken. Het weken kan lang duren en daarom komt bevriezen en ontdooien in natte toestand vaker voor. Het doel is om sneeuw, ijs en puin op het gebouw zo kort mogelijk te houden.
Indien het beton van buitenaf wordt bewerkt, moet er rekening mee worden gehouden dat daardoor in de regel de waterdoorlatendheid groter wordt en dat op het oppervlak liggende grote stukken toeslagmateriaal met het gereedschap van de steenhouwer worden gebroken. Als het behandelde beton wapening bevat, is bijzondere voorzichtigheid geboden om de beschermende werking van het beton (beschermlaag) voor de wapening voldoende te behouden. Het binnendringen van water in beton kan tot op zekere hoogte worden voorkomen door coatings/additieven.
Duurzaamheid wordt niet bepaald door één enkele waarde: blootstelling aan water, vorst, zouten, slijtage en chemische inwerking vereist een gecoördineerde keuze van materialen, een ontworpen beschermlaag, gecontroleerde installatie en onderhoud, opgeloste drainage, regelmatige inspecties en onderhoud. Een coating of additief alleen kan een onjuiste samenstelling, slechte plaatsing, scheuren, onvoldoende beschermlaag of onopgeloste waterretentie niet compenseren.