Betong og betongkonstruksjoner

Transkript

1 Betong ConTre Betong og betongkonstruksjoner En introduksjon Tekst og foto J.J.Jensen

2 Betong ConTre Innhold Introduksjon Betongmaterialer Betongkonstruksjoner

3 Betong ConTre 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.

4 Betong ConTre 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

5 modellbyggesett ConTre 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

6 Introduksjon Betong er verdens mest brukte byggemateriale, og bare i Norden produseres det mer enn 35 millioner m 3 tonn betong årlig. I Norge er betongforbruket ca 1m 3 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

7 Kilde: Bautechnick der Röhmer. Bauverlag 1985 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 knust tegl som bindemiddel.

8 Panteontemplet i Roma ble bygget ca år 100 e.kr. Romerske broer står den dag i dag og benyttes også for dagens trafikk.

9 Fra betongens gullalder Condeep betongplattform Foto Norwegian Contractors

10 ConTre modellbyggesett Arkitektens betong

11 Kunstens betong ConTre

12 Betongens hverdag ConTre

13 Betongmaterialer Fremstilling, støping, utførelse og prøving

14 Fersk betong Fremstilling av 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.

15 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

16 Sement Sement blir laget av kalkstein og kvartssand som blir knust, malt og brent i roterende ovner ved ca 1450 o C. 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

17 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

18 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)

19 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)

20 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.

21 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.

22 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).

23 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.

24 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]

25 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.

26 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]

27 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)

28 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.

29 Betongkonstruksjoner Armering, armert betong, forspenning. Konstruksjonsprinsipper, prøving

30 Slakkarmert betong Før 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) Etter pålasting

31 Utkragende bjelke 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. Kontinuerlig bjelke over tre spenn

32 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]

33 Spennarmert betong Før oppspenning Under oppspenning 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 Etter oppspenning og last

34 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.

35 Opprissing av en betongbjelke Vi ser inn i en betongbjelke

36 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)

37 Betongtekniske faguttrykk

38 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-B55- B65-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

39 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.

40 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 kg/m3. Lettbetong kan lages med densiteter fra 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.

41 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.

42 Betong Referanser 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