Betong forelesning del 1 og 2.pdf - Ansatt.hig.no

Betong
Forelesning i faget Materiallære
av Liv Torjussen
høgskolelektor ved HIG
1

Innledning
• Betong har mange positive egenskaper som
konstruksjonsmateriale
• Betong i bygg og anlegg
2

Teknologi
• Tilslaget utgjør 75 % av samlet volum
– Anbefalte og uønskede bergarter
• Gneis og granitt er bra
• Unngå alunskifer og humus
– Kornstørrelser
• Fra Grovt tilslag > 8mm
• til det fineste Silt: 0,002mm < kornstørrelse

• Sement
– Mineraler i sementen
• kalsium (Ca)
• silisium (Si)
• aluminium (Al)
• og jern (Fe)
– Ulike typer til forsjellig bruk
• Standard
• Anlegg
• Industri
• Mur
4

• Masseforhold og miljøklasser
Bindemiddel er sement c og tilsetningsstoffer p
Vann/sementforhold = v/c
Masseforhold = M =v/c + p
• Miljøklasser etter NS 3420 Masseforhold
LA = lite aggressivt miljø, innendørs 0,9
NA = noe aggressivt, utendørs 0,6
MA = meget aggressivt miljø 0,45
• Etter ny standard NS-EN 206-1:
Miljøklasse Bestandighetsklasse
LA M90
NA M60
MA M45
5

• Hensikten
– Styrer størketiden
– Forbedrer støpeligheten
– Innfører luft i betongen
• Ulike typer
• Vannreduserende
• Superplastiserende
• Størkningsretarderende
• Størkningsakselererende
• Herdingsakselererende
• Luftinnførende
• Andre stoffer
Tilsetningsstoffer
6

Proporsjonering
1030 kg sand (tørrvekt) med kornstørrelse fra 0 til 8 mm
850 kg pukk med kornstørrelse fra 12 til 22mm
330 kg sement, MP 30 (modifisert portlandcement)
2 l tilsetningsstoff ”P” (vannreduserende)
172 l vann
7

• Forskaling
– Støttende og bærende
– Tradisjonell forskaling
– Systemforskaling
Armeringen
• bindes opp i forskalingen
• Utstøping
– Betongen fylles på rett plass
Komprimering med vibrator
• Fjerner luftlommer
• Fordeler betongen
• Jevner overflaten
8

• Støpelighet
– Hvor lett betongen lar seg støpe ut
– Separasjon
• Separasjon
– Bleeding/vannseparasjon
– Separasjon av tilslag
• Herding
– Størkning/avbinding
– Hydratisering
– Økende fasthet
– 28-døgnsfastheten
– tid-fukt-temperatur
9

• Vinterstøping
– Frostbestandig tilslag
– Lavt v/c tall
– Oppvarmet betong
– Tildekking
– Finmalt rapid/industri sement
– Forskaling fri for is og snø
– Tilsetningsstoffer:
• Størknings/herdningsakselerator
• Superplastiserende
• Luftinnførende
• Sommerstøping
– Størkningsretarderende stoffer
10

Armert betong
• Armeringens funksjon
– Høyfast, seigt og sveisbart stål
– Tar skjær, trykk og nesten all strekk
– Hindrer riss og svinn under herding
• Slakkarmering
– Kamstål fra Ø6 til Ø40 (diameter i mm)
– Kamstenger tar strekk og trykk
– Bøyler tar skjærspenninger
– Armeringsnett forenkler (i dekker og vegger)
11

• Spennarmering/spennbetong
– Broer og dekker
– Høgkvalitetstål i kanaler
– Strekk i stålet, trykk i betongen
– Større styrke, mindre riss
• Fiberarmering
– Stålfibere
– Komposittfibere
12

Overdekning
• Ulike hensyn
• Korrosjon
• Utstøping
• Heft/forankring
• Brannmotstand
• Krav avhengig av miljø
Slakkarmering med ø ≥ 5mm:
Miljøklasse LA NA MA
Prosjektert overdekning 25 35 50
13

• Armeringskorrosjon
Positive faktorer:
Høg alkalinitet (betong har ph>12,5)
Lavt v/c forhold
silika og flyveaske
God overdekning
Tett betong/lite riss
God komprimering osv.
Negative bidrag:
Bestandighet
Karbonatisering , CO₂ inntrenging (Ph synker)
Høyt kloridinnhold (sjøvann, vegsalt ol.)
Frost (frysing og tining i fuktig miljø)
Sulfat/nitratsprenging
Syreangrep
Saltutslag/utluting
14

• Densitet
Andre egenskaper
– Vanlig betong: 2400kg/m³
– Lettbetong: 1200 - 1800kg/m³
(noe av tilslaget er lettklinker)
• Lydisolerende evne er god
– Tung, settes ikke i bevegelse (svingninger)
– Feltmålt lydreduksjonstall på ca 56 dB
(20cm tykk lydvegg)
• Varmeisolerende evne er dårlig
– For vanlig betong: 1,7W/mK ‹ λ ‹ 2,2W/mK
(mineralull har λ = 0,04W/mK)
15

Brannmotstandsevne
– Ubrennbart materiale
– Avgir ikke gasser
– Høy varmekapasitet
Avskalling under brannforløp:
– Overflater, hjørner
– Blottlegger armeringen/sammenrasning
– Eksplosivt ved rask oppvarming
Brannisolering:
– Holder temperaturen under 500⁰C
16

Mekaniske egenskaper
Fasthet – trykkfasthet
– Faktorer som reduserer fastheten:
• For høyt v/c-tall
• For mye/store luftporer
• Dårlig gradert tilslag
• Dårlig komprimering
• Separasjon
• Frysing i herdeperioden
• Tidlig uttørking
– Positive faktorer
• Sementtype
• Tilsetting av pozzolaner
17

• Betongens stivhet
– Deformasjon/nedbøyning ved belastning
– Tilslagets stivhet og mengde er avgjørende
• Tetthet
– Vanntett betong
– Minimalt med riss
– Nok armering
– Nok overdekning
– Rett plassert armering
– Tette skjøter/overganger
18

• Dimensjonering
• Laster
Materialfasthet
• Bruksgrensetilstand (nedbøyning)
• Bruddgrensetilstand (sammenbrudd)
• Permanent last/egenlast (bygget selv og fast inventar)
• Variabel last/Nyttelast og Naturlaster (vind, snø, inventar)
Karakteristisk last er en statistisk verdi
• Betongfasthet
• Karakteristisk terningtrykkfasthet etter 28 døgns herding
• Fasthetsklasse C 25, C35, osv
Karakteristisk fasthet er en statistisk verdi
19

Ny standard for betongproduksjon NS-EN 206-1
Krav i ny standard
B20 B30 B35 B45 B55
Karakteristisk terningfasthet 25 37 45 55 67
Karakteristisk sylinderfasthet 20 30 35 45 55
Krav etter gammel standard NS 3420
C25 C35 C45 C55 C65
Karakteristisk terningfasthet 25 35 45 55 65
Karakteristisk sylinderfasthet 20 28 36 44 54

Nye bestandighetsklasser
Bestandighetsklasser iflg. NS-EN 206-1 Miljøklasser etter NS 3420
Fasthetsklasse Bestandighetsklasse Fasthetsklasse Miljøklasse (v/c)
B20 M90 C25 LA 0,9
B30 M60 C35 NA 0,6
B30 vanntett M60 (v/c=50) C40 vanntett NA 0,5
B35 M45 eller MF45 C45 MA 0,45
B45 MF40 C55/ SV40 MA 0,4

Arbeidsdiagram:
Spenninger og tøyninger
Prøvestykke med tverrsnittsareal A (mm²) og lengde L(mm)
– utsettes for belastning/kraft F (N)
– som gir forlengelse Δ (mm)
Spenning σ (N/mm²)= F/A
og tøyning ε= Δ/L i ⁰/₀₀
Brudd ved ε= 3,5 ⁰/₀₀
Se trykkprøvemaskin side 15
22

• Elastisitetsmodul, E-modul (forenklet : E= σ/ ε)
– er motstandsevne mot elastisk deformasjon
– E betong ca 23 000 N/mm²
– E stål ca 200 000 N/mm²
• Trykk
– Betong tåler mye trykk
• Strekk
– Armeringen må ta (nesten) all strekk
• Bøyning
– Gir trykk i tverrsnittes øvre del
– Gir strekk i nedre del
– Hovedarmeringen legges i nedre del i bjelker og dekker
23

Dimensjonsendringer
pga endringer i last, fukt, temperatur og kjemiske
reaksjoner
• Store strekkbelastninger gir sprekkdannelser
– Redusert bæreevne
– Redusert bestandighet
– Korrosjon
• Kryp
– Tøyningsendring ved langvarig belastning
24

• Svinn og svelling
• Riss
– Fuktendringer gir dim.endringer
• Oppfukting: svelling
• Uttørking: svinn
• Mindre ved lavt vanninnhold
– Små sprekker på strekksiden som kommer av:
• Strekkbelastning
• Svinn
• Setninger
• Varmeutvikling ved herdningen
• Temperaturendringer
• Armeringskorrosjon
25

• Maling
– Kapillærporer tettes
Overflatebehandling
– Overflatefilm som beskytter
• Impregnering
– Reduserer vannopptak
– Økt motstand mot frost og salter
• Belegg (eks. Epoxy)
– Diffusjonsmotstand
– Rissoverbyggende
26

Gjenbruk
• Betongprodukter og elementer kan gjenbrukes
– dersom full dokumentasjon foreligger
• Bærende konstruksjonsdeler kan gjenbrukes
– dersom kontroll gjennomføres ved måling av:
• Fukt, fasthet, kryp, svinn, nedbøyning og lab.prøver
27

Resirkulering
• Betongen knuses
• Jernet tas vekk med magnet
• Brukes bl.a. som underlag på plasser og veger
• Lite utprøvd i nye konstruksjoner
grunnet usikker kvalitet
28

• Historikk
– Betong med sement ca 5600 år f.Kr.
– Portland sement i Sør-England ca 1825
– Sementproduksjon i Norge fra 1890
– Første moderne bru i Europa av armert betong : 1875
Moderne norsk betong bro: Atlanterhavsvegen
29

Les mer:
• Kompendiet i Materiallære, HIL, 2009
• Betongboka, Norcem, Universitetsforlaget, 1995
• Grunnleggende betongteknologi, Byggenæringen, 2004
• Byggforskserien, Sintef Byggforsk
• Betongkonstruksjoner, prosjektering, Gyldendal, 2001
• Eurocode 2: Prosjektering av betongkonstruksjoner
og mye stoff du finner ved å søk på internett
Bildene i presentasjonen er hentet fra Sintef/Byggforsk og ulike betongprodusenter
30