Les om betong

Transcription

Les om betong
ConTre
Betong
Betong og betongkonstruksjoner
En introduksjon
Tekst og foto
J.J.Jensen
ConTre
Betong
Innhold
• Introduksjon
• Betongmaterialer
• Betongkonstruksjoner
ConTre
Betong
Forord
Denne introduksjon om betong
og betongkonstruksjoner er del
av et utvidet veiledningshefte
om ”bærende konstruksjoner,
første gang utgitt av RENATE i
2004, men senere utvidet i en
elektronisk utgave 2005 (CD).
Heftet er utarbeidet for elever
i ungdomsskolen med emnet
”teknologi og design”, knyttet til
fagene matematikk, naturfag,
kunst og håndverk.
For videregående skole kan
tema ”betong” gi aktuelle og
praktiske eksempler for
fagene fysikk og ”teknologi og
forskningslære”.
ConTre
Betong
Hensikten er at en skal få
kjennskap til betong som byggemateriale, dens tilvirkning, egenskaper og anvendelse i bygg og
konstruksjoner, samt kjenne
armert betong, inkludert spennbetong, prinsippene for virkemåte
og konstruktive anvendelse. Bli
fortrolig med betongtekniske faguttrykk og historiske trekk.
Denne introduksjon kan også
være aktuell i forbindelse med
yrkesopplæring
Utarbeidelsen av dette avsnitt om
betong er kommet i stand med
finansiell støtte fra Norsk
Betongforening
ConTre
ConTre modellbyggesett
• Denne publikasjonen er
omfattet av åndsverkslovens
bestemmelser.
• Fotografier og tegninger er i
hovedsak utført av forfatteren.
Kilde til andre bilder og figurer
er angitt så langt de er kjent.
• Kopiering er tillatt til eget bruk i
grunnskolen, videregående
skole, for Norsk
betongforenings rekrutteringsarbeid, brukere av Teknologiverkstedet NTNU, og brukere
av ConTre byggesett , når kilde
er oppgitt.
Jens Jacob Jensen
•
ConTre
Introduksjon
• Betong er verdens mest brukte byggemateriale, og bare i Norden
produseres det mer enn 35 millioner m3 tonn betong årlig. I Norge er
betongforbruket ca 1m3 pr person pr år.
• Betong brukes til store og små konstruksjoner på land og til havs.
• Betong er et miljøvennlig byggemateriale. Betong har lang levetid.
(det prosjekteres og dimensjoneres i dag for levetider på over 100
år), og består kun av naturlige materialer, er energieffektivt i
bruksfasen og er resirkulærbart
ConTre
Historikk
Betong, eller betonglignende
materialer har vært kjent som
byggemateriale helt fra
oldtiden. De første spor av
sementlignende bindemiddel
kan føres tilbake til mer enn
5000 år f.Kr. Romerne brukte
blandinger av brent kalk og
Kilde: Bautechnick der Röhmer . Bauverlag
1985
knust tegl som bindemiddel.
ConTre
• Panteontemplet i Roma ble
bygget ca år 100 e.Kr.
• Romerske broer står den dag i
dag og benyttes også for
dagens trafikk.
ConTre
Fra betongens ”gullalder”
Condeep betongplattform
Foto Norwegian Contractors
ConTre
ConTre
modellbyggesett
Arkitektens betong
ConTre
Kunstens betong
ConTre
Betongens hverdag
ConTre
Betongmaterialer
Fremstilling, støping, utførelse og prøving
ConTre
Fremstilling av betong.
Fersk betong
• Betong fremstilles ved delmaterialene sement, vann, tilslag
og tilsettingstoffer.
• Forholdet disse delene settes
sammen på kalles proporsjonering og vi kommer frem til en
betongresept. Utmåling av
materialene bør foretas etter vekt.
Vektutmåling angir
blandingsforholdet mellom kilo
sement, kilo fingrus og kilo stein.
ConTre
Vi kan for eksempel ha 50
kg sement, 125 kg fingrus,
og 125 kg stein.
Vektblandingen blir da
(1:2,5:2,5). Med vann 30
kg (l) har en et v/c forhold
0,60.
Utstøpt betong med
god korngradering
ConTre
Sement
Sement blir laget av kalkstein og
kvartssand som blir knust, malt og brent i
roterende ovner ved ca 1450 oC. Etter
brenningen setter en til gips for å regulere
størkningstiden. Den kan også bli tilsatt
andre stoffer som flygeaske
(forbrennings-rest av kull fra
varmekraftverk)
Det er flere sementtyper: standardsement, rapid-sement, spesialsementer,
Standardsement FA har flygeaske.
Anleggsement er en spesialsement for
anleggskonstruksjoner.
Sementen må lagres tørt
ConTre
Tilslag
Tilslag er en fellesbetegnelse på sand, grus
og steinmaterialer som inngår i betongen.
Stein er pukk og singel med kornstørrelse
større enn 4mm. (pukk= knust stein, singel=
naturlig forekomst).
Sand har kornstørrelse mindre enn 4mm.
Grus er blanding av stein og sand. Filler har
mindre kornstørrelse enn 0,74mm.
Tilslaget skal bestå av faste og
værbestandige materialer. De fleste norske
bergarter kan brukes til betong. Porøse,
skifrige eller bergarter som inneholder
glimmer eller svovel er farlig å bruke.
Tilslag; Sand, pukk
ConTre
Vann
Vannet som skal brukes i betongen må
være rent og fritt for humus (jordstoffer)
eller andre forurensninger. Sjøvann kan
brukes i uarmert betong, men ikke i armert
betong (pga korrosjon)
ConTre
Tilsettinger
Vi skiller mellom tilsetningsstoffer og
tilsetningsmaterialer.
Med tilsettningsstoffer mener vi stoffer
som pulver eller væske som tilsettes
under blandingen av betongen.
Hensikten er å oppnå spesielle
egenskaper med den ferske eller den
herdede betongen. Som eksempel kan
en påvirke størkningen og herdningen i
tid, støpbarheten, luftinnhold for å
påvirke bestandighet mot frost med
mer.
Tilsetningsmaterialer settes i større
mengder og for eksempel ha en
bindeeffekt. (eks. pozzolaner)
ConTre
Støping og utførelse
Selve støpingen er viktig for å oppnå et godt
resultat. Støpeprosessen er ikke reversibel,
dvs. når en har støpt, er den endelig. Før
betongen plasseres i forskalingen må
forskalingen være rengjort, avstivet og sterk
nok til å tåle last og trykk fra betongen.
Formene settes inn med formolje for å lette
avforming. Formene må fylles helt slik at
det ikke oppstår luftlommer. Betongen må
bearbeides og komprimeres ved for
eksempel hjelp av vibrering, eller stamping.
Stavvibratorer benyttes ofte spesielt til
støping av vegger, søyler og dekker.
ConTre
I planlegging av støpearbeid er
plan-legging og organisering
av arbeidet viktig. Ved opphold
i støpearbeidet (>2timer) blir
betongen så fast at det ikke
lenger er sammenheng mellom
gammel og ny betong. Vi får en
støpeskjøt. I vegger i væskebeholdere er det fordelaktig å
unngå støpeskjøter pga krav til
vanntetthet. Støpeskjøter er
som regel synlige og uønsket
hvor krav til visuelle gode flater
settes. Enkelte konstruksjonselementer krever derfor
spesiell overflatebehandling.
ConTre
For spesielle konstruksjoner bropilarer, tårn, offshorekonstruksjoner
benyttes glidestøp. Med glidestøp glir
forskalingen kontinuerlig fra bunn til
topp mens støping pågår.
Forskalingen støtter seg da på den
herdede betongen.
Betong til spesielle formål kan være
vanntett betong, frostbestandig
betong, flytebetong (pumpbar). Det
kan støpes betong om vinteren og
betong kan støpes under vann med
en spesiell teknikk. Betong kan
sprøytes (eks: sikring av tunneler).
ConTre
Prøving av betong
Betongens egenskaper er
avgjørende for kvaliteten på det
produkt, som en ferdig
bygningskonstruksjon er.
Betongens egenskaper i ”fersk”
tilstand mht støpbarhet er viktig for
utførelsen og betongens
egenskaper i herdnet tilstand, som
styrke, fasthet, danner grunnlag for
dimensjonering. Betongens levetid
og holdbarhet er viktig å kunne
dokumentere.
Betongens egenskaper kan
prøves, og det finnes bestemte
prøvemetoder for å teste de ulike
egenskaper.
ConTre
Konsistensmåling av slump
Prøving av fersk betong.
Fersk betong prøves blant annet
mht densitet, luftinnhold og
konsistens.
Konsistens er et mål på hvordan
betongen lar seg bearbeide under
støpingen. Konsistensen påvirkes
av mengden sementlim og det er
vanninnholdet som bestemmer
konsistensen.
Det er flere metoder til å bestemme
konsistens, en av dem er å måle
”slump” som vist i figuren. Se
nærmere faglitteratur [1]
ConTre
Betongens styrke
Betongens trykkstyrke danner
grunnlag for dimensjonering av
betongkonstruksjoner. Trykkfastheten
danner også grunnlaget for
betegnelsen på betongen.
Prøving av fasthet gjøres på i
spesielle prøvemaskiner på betongsylindere eller på betongterninger
med fastlagte mål.
Betongens strekkfasthet er liten og
tas vanligvis ikke med, men
bestemmes ved spesielle
prøvemetoder.
Betong prøves også mht utmatting.
ConTre
Betong ved kortidsbelastning
Betongens styrke og
deformasjonsegenskaper kan
karakteriseres ved et tøyningsog spenningsdiagram som vist
på figuren. Tøyning er definert
som forholdet forlengelse delt
på den lengden forlengelsen
finner sted. Spenning defineres
som kraft pr flateenhet. Høyfast
betong har større styrke og er
stivere, men er mer sprø enn
betong med lav fasthet.
Figur fra [7]
ConTre
Betong ved
langtidsbelastning
Betong som utsettes for trykklast over lengre tid, vil fortsette
å trykkes sammen ut over den
sammentrykkingen den får idet
lasten påføres. Vi kaller dette
betongens kryp.
I figuren ser vi hvordan
tøyningspenningskurven
endret seg med tid (fra
minutter til det uendelige)
ConTre
Betong ved uttørring
Uttørring av betong fører til
at den krymper. Svinn
kaller vi denne
krympingen.
Dersom betongen blir holdt
fast i endene, oppstår det
strekkrefter i betongen og
den kan sprekke opp. For
å unngå dette legges en
minimumsarmering slik at
kreftene kan tas opp og
risene fordeles på mange
små riss.
ConTre
Betongkonstruksjoner
Armering, armert betong, forspenning.
Konstruksjonsprinsipper, prøving
ConTre
Slakkarmert betong
Før pålasting
Etter pålasting
Armert betong
betyr forsterket betong.
Betong har høy trykkstyrke,
men liten strekkfasthet.
Armeringens oppgave er å
forsterke konstruksjonen
ved ta opp opptredende
strekkrefter, mens betongen
selv er i stand til å ta opp
trykkrefter. Armeringen må
derfor formes og legges der
det opptrer strekkrefter i en
konstruksjon. (her på
undersiden)
ConTre
Utkragende bjelke
Kontinuerlig bjelke over tre spenn
Figurene viser eksempler hvor
armeringen ligger på strekksiden av en bjelke. Utkrageren
(eksempel: balkong) er
fastholdt i veggen, bøyer seg
nedover og får strekk og risser
på oversiden. En kontinuerlig
bjelke (eksempel bro) krummer
nedover og risser i feltene,
men den krummer oppover og
risser over støttene.
Armeringen må legges som
vist i feltene nede og over
støttene oppe.
ConTre
Armeringsstål
I armerte betongkonstruksjoner
har vi armering som skal kunne
ta opp strekk-krefter.
Armeringen har bestemt kvalitet
og utforming. Armeringsjernene
er runde og har ”kammer” slik at
de hefter i betongen og ikke glir.
Forholdet tøyning, spenning er
vist i diagrammet.
Armeringen har en typisk flytegrense. (se mer om armering i
[2]
ConTre
Spennarmert betong
Før oppspenning
Under oppspenning
Etter oppspenning og last
Spennarmert betong
Spennbetong er en videreutvikling
av vanlig armert betong. I spennarmert betong spennes
armeringen med spesielle
hydrauliske presser før
konstruksjonen blir belastet. I
vanlig armerte konstruksjoner er
armeringen slakk. Prinsippene for
slakkarmert og spennarmert
betong er vist i figuren. I
slakkarmerte konstruksjoner er en
rissutvikling et naturlig fenomen,
mens ved forspente
konstruksjoner vil en tilstrebe
tilnærmet rissefrihet
ConTre
Vi ser ”inn” i en betongbjelke
Opprissing av en
betongbjelke
En slakkarmert betongbjelke
som spenner over ett spenn
vil ved belastning risse opp.
Rissene kommer vertikalt på
undersiden midt i bjelken der
det er strekk i bjelken. Vi
kaller det bøyeriss. Vi ser
også noen skråriss ved
oppleggene. Dette kaller vi
skjærriss. Armering må ta
opp kreftene i rissene.
ConTre
Opprissing av en betongbjelke
Vi ser ”inn” i en betongbjelke
ConTre
• I en fritt opplagt betongbjelke
ligger hovedarmeringen i
underkant og skal ta opp
strekk-krefter.
• Bøylene skal ta opp
skjærkrefter og dekker
skrårissene.
• Armeringsstengene har
kammer slik at de er godt
forankret. (dvs. ikke glir)
ConTre
Betongtekniske faguttrykk
Betongtekniske faguttrykk
•
•
•
•
Sement er et hydraulisk
bindemiddel produsert av
kalkstein. Det er ulike typer
sement etter hvilken betong man
ønsker.
Tilslag er en fellesbetegnelse for
sand, pukk, grus og
steinmaterialer. Tilslaget inndeles
etter størrelsen på kornene.
(Sand:d<4 mm og pukk: d>4mm).
Tilsettinger settes til betongen for
å fremme spesielle egenskaper
som støpelighet, herding,
frostfrihet mm
Fasthet er den største
spenningen, dvs. kraft pr
flateenhet, som et materiale kan
tåle før det bryter sammen.
Fasthet angis i Mpa=N/mm2
•
•
Trykkfasthet. Betongens
største trykkfasthet er den
største trykk-kraft som
betongen tåler før den bryter
sammen. Trykkfastheten angis
oftest som 28 døgns Fasthet.
Betongfasthet Betongfasthet
angis med tall som er basert på
trykkfasthet etter 28 døgn. Vi
har betegnelsene på betong
som B15-B25-B35-B45-B55B65-B75-B85-B95 og B105.
Betongkvaliteten er avhengig av
sementlimets styrke. Dess mer
vann en bruker i blandingen,
dess dårligere fasthet oppnås
med betongen. Eksempler på
bruk av betongkvaliteter
Betongtekniske faguttrykk
Betongtekniske
faguttrykk
•
•
•
•
v/c- forhold betyr vann/sementforhold. For å få en bestemt
betongkvalitet må det være et
bestemt forhold mellom vann (v)
og sement. 2 kg vann på 4,0 kg
sement gir et v/c forhold på 0,5.
Vannbehov Den vannmengde
som er nødvendig for å få til en
bestemt støpelighet.
Konsistens (støpelighet) er
betegnelsen på betongens
bearbeidbarhet.
Separasjon i betong betyr at
delmaterialene skiller seg fra
hverandre.
•
•
•
•
Komprimering Betong som skal
plasseres i en form må bearbeides
så luftlommene fjernes. Jo stivere
betong er, dess mer må den
komprimeres.
Vibrering foretas for å komprimere
betongen. Spesielle vibratorstaver
brukes for å riste betongen
sammen.
Støpeskjøt Støpes en del av en
betongkonstruksjon i flere tidsfaser
slik at betongen begynner å herdne
før neste fase støpes, oppstår en
støpeskjøt.
Vinterstøping Betong må aldri
fryse i fersk tilstand.
Betongtekniske faguttrykk
Betongtekniske
faguttrykk
•
•
•
•
Vanntett betong: Betegnelsen er
forklarende. Gode tilslag er viktig.
Tett sementlim kan man få ved
v/c-forholdet er 0,5 eller mindre.
Flytebetong: Betong med stiv
konsistens som tilsettes
superplastifiserende stoff (SP) vil
bli mer eller mindre flytende.
Lettbetong: Vanlig betong har en
densitet (romvekt) på 23002500kg/m3. Lettbetong kan lages
med densiteter fra 300-2100
kg/m3.
Tungbetong: Ved å tilføre tunge
tilslag (jernmalm) oppnår en
•
•
betong med høy densitet. (benyttes
for å skjerme mot stråling, for
eksempel røntgen).
Svinn: Når betong tørker har den i
likhet med andre materialer
tendens til å krympe. Hos betong
kalles dette svinn. Svinnet kan føre
til sprekkdannelse, svinn-riss i
betongen.
Krypning: er en deformasjon som
oppstår som følge av vedvarende
belastning og derav spenninger.
Dette kan føre til nedbøyninger.
Betongtekniske faguttrykk
Betongtekniske
faguttrykk
•
•
Forskaling Støpeform. Denne gir
betongen form og utseende. Den
skal være solid for å bære den
ferske betongen.
Armering Forsterkning.
Armeringsstenger legges inn i
betongen for å ta opp strekkkrefter i betong. Det benyttes
stålarmering med kammer, dvs
profilert (kammet) overflate for at
armeringsstengene skal ha heft
(ikke gli). Betegnelse kamstål.
• Spennbetong
Konstruksjonselementer som
påføres en trykkraft ved
spennkabler eller spenntråder.
Skal. sørge for at det ikke oppstår
strekkrefter i betongen. Større
broer og betongferdigelementer
utføres i spennbetong
•
Betongvarer Produkter i betong
som kummer, ledninger,
trafikkskille-vegger,
støttemurblokker etc.
Referanser
Betong
Kilder, referanser
[1] Søpler B :
Betonghåndboka, Norcem-Universitetsforlaget 1998 (revidert senere)
[2] Juliebø, Eldar
Armeringsboka. Universitetsforlaget 1997
[3] Vesterlid, Atle
Mur, stein og betongarbeid. Gyldendal 2001
[4] Betongelementboka, Betongelementforeningen
[5] Lenschow, R
Betongkonstruksjoner, Tapir 1977
[6] Bautechnick der Römer, Betonverlag 1985
[7} Sørensen. Svein I.
Betongkonstruksjoner . Armert betong og spennbetong