Raudbetooni kordamisküsimused (1)

1. Raudbetooni olemus. Betoon - ja raudbetoontala töötamise erinevus
Raudbetoon on komposiitmaterjal, kus koos töötavad kaks väga erinevate omadustega materjali: teras ja betoon. Betoon on suhteliselt odav kohalik materjal, mis töötab hästi survel , kuid üsna halvasti tõmbel (betooni tõmbetugevus on 10-15 korda väiksem survetugevusest). Teras seevastu töötab ühteviisi hästi nii survel kui ka tõmbel, kuid tema hind on küllalt kõrge. Osutub, et survejõu vastuvõtmine betooniga on 3-4 korda odavam kui terasega, tõmbejõu vastuvõtmine on samavõrra odavam aga terasega. Siit tulenebki raudbetooni majanduslik olemus: võtta ühes ja samas konstruktsioonis esinevad survepinged vastu betooniga, tõmbepinged aga terasega.
Betoontala koormamisel tekivad nulljoonega teineteisest eraldatud surve- ja tõmbetsoon. Suurimad normaalpinged on mõlemas tsoonis enam-vähem võrdsed. Kui väliskoormuse suurenedes tõmbepinged suurima paindemomendiga ristlõikes ( kriitilises lõikes) saavutavad betooni tõmbetugevuse, siis tekib selles lõikes pragu , betooni tõmbetsoon langeb tööst välja ja konstruktsioon variseb . Seega on betoontala kandevõime määratud betooni tõmbetugevusega, kusjuures betooni suur survetugevus jääb põhiliselt kasutamata.
Raudbetoontala töötab kuni esimese prao tekkimiseni analoogiliselt betoontalaga. Prao tekkimine kriitilises lõikes ei põhjusta aga tala purunemist, vaid viib normaalpingete ümberjaotumisele praoga ristlõikes: kogu tõmbetsooni sisejõud, mis seni võeti vastu betooniga kantakse nüüd üle tõmbetsoonis olevale pikitõmbearmatuurile. Edasisel koormamisel tekivad praod ka teistes ristlõigetes vastavalt paindemomendi suurenemisele neis. Õigesti projekteeritud raudbetoontala puruneb siis, kui kriitilises lõikes üheaegselt ammendub tala surve- ja tõmbetsooni vastupanu, s.o. kui tõmbearmatuuri pinge saavutab terase tõmbetugevuse, betooni pinge survetsoonis aga betooni survetugevuse . Sõltuvalt eeskätt armatuuri hulgast võib raudbetoontala kandevõime kümneid kordi ületada vastava betoontala kandevõimet. Mõõdukalt avanenud (kuni 0,1-0,3 mm) pragude esinemine on raudbetoonkonstruktsiooni kasutusseisundis täiesti normaalne nähtus ega pruugi viidata konstruktsiooni ebapiisavale kandevõimele.
2. Pingbetooni olemus
Pingbetoon on raudbetooni eriliik, milles valmistamise ajal betoonis tekitatud survepinged vähendavad konstruktsiooni kasutusseisundis tekkivaid betooni tõmbepingeid või väldivad neid. Betooni eelpingestamiseks kasutatakse konstruktsiooni paigaldatavat kõrgtugevat pingearmatuuri.
3. Betooni ja armatuuri koostöö eeldused
Betooni ja terasarmatuuri koostöö eelduseks on nende materjalide mõningate füüsikalismehaaniliste omaduste sobivus:
- kivistumisel betoon nakkub armatuuriga, mistõttu konstruktsioonis on mõlema materjali deformatsioonid (suhtelised pikenemised) võrdsed;
- terase ja betooni soojuspaisumise tegurid on ligikaudu võrdsed, mistõttu keskkonna temperatuuri muutumine ei kutsu konstruktsioonis esile temperatuuripingeid;
- hästitihendatud betoon kaitseb selles paiknevat armatuuri korrosiooni eest.
4. Raudbetooni kasutusalad, eelised ja puudused
Kasutusalad:
- hoonete (elamud, ühiskondlikud ja tööstushooned) kandekonstruktsioonid nagu postid ,
talad, vahelaed , katuslaed, vundamendid ;
- insenerirajatised (silod, punkrid, estakaadid, gradiirid, korstnad , mastid);
- hüdroehitised (tammid, sadamaehitised );
- teedeehitised ( sillad ja viaduktid, lennuvälja- ja teekatted);
- suurte seadmete ja agregaatide vundamendid (näiteks keerukad generaatorivundamendid
elektrijaamades);
Ebatraditsioonilise kasutusalana võiks mainida ka laevaehitust (näiteks ujuvdokid).
Eeliseid :
-Suur loomulik tulekindlus võrreldes teras- ja puitkonstruktsioonidega.
-Konstruktsiooni pikaealisus ja väikesed hoolduskulud norm keskkonnating. korral
-Monoliitse raudbetooni hea vastupanuvõime dünaamilistele koormustele, monteeritava
raudbetooni korral vähendab seda eelist jätkude järeleandlikkus.
-Suured võimalused konstruktsiooni (ehitise) arhitektuursel kujundamisel.
-Ökonoomsus, sõltuvalt muidugi konkreetsetest tingimustest.
Puudusi:
-Suhteliselt suur omakaal võrreldes puit- ja teraskonstruktsioonidega.
-Pragude tekkimise võimalus (välditav pingebetooni kasutamisega).
-Monoliitse raudbetooni korral betoonitööde kallinemine talvetingimustes
5. Betooni liigitus
Betoone liigitatakse:
- sideaine järgi ( tsement -, silikaat -, kips-, polümeerbetoon jt.);
- täitematerjali järgi (betoon tiheda või poorse täitematerjaliga, eritäitematerjaliga, näit tulekindel
betoon šamott-täitematerjaliga);
- struktuuri järgi
-tihebetoon, kus täiteaine terade vahe on täidetud kivistunud sideainega;
- poorne betoon, kus täiteaine terade vahe on täidetud kivistunud sideainega ja kunstlikult
tekitatud pooridega;
-mullbetoon, betoon peeneteralise täiteaine ja kunstlikult tekitatud suletud pooridega;
-korebetoon, betoon, kus jämedateralise täitematerjali vahele jääv ruum ei ole täielikult
täidetud peene täitematerjali ja kivistunud sideainega;
- terastikulise koostise järgi (jämeda- ja/või peeneteralise täitematerjaliga betoon
- tiheduse (mahumassi) järgi
normaal (tava)betoon _ = 2000...2600 kg/m3
kergbetoon 800 kg/m3 raskbetoon _ > 2600 kg/m3
- kivistumistingimuste järgi
normaalkivinemisega betoon;
atmosfääri rõhul termiliselt töödeldud betoon (aurutatud betoon);
autoklaavbetoon.
- kasutusala järgi
konstruktsioonibetoonid, isolatsioonibetoon, dekoratiivbetoon;
6. Betooni peamised tugevusnäitajad (p 1.3.1).
Betooni survetugevus fc (kuubikuline-peamine, silindriline) ja betooni tõmbetugevus fct ;
7. Betooni tugevuse muutumine ajas. Seda mõjutavad tegurid (p 1.3.2).
Betooni tugevuse fc
all mõistetakse tavaliselt normaaltingimustes kivistunud betooni tugevust 28 päeva vanuselt.
Keskkonnatingimused : Tugevuse kasvu soodustab niiske keskkond. Kuivas keskkonnas võib tugevuse kasv aeglustuda umbes 1,5 korda.
Kiireltkivinevate tsementide kasutamine tavalise portlandtsemendi asemel
Termiline töötlemine
a) eelsoojendatud täitematerjali ja vee kasutamist;
b) termilist töötlemist atmosfääri rõhul (temperatuuril ligikaudu 80oC ja suhtelisel niiskusel
90…100%;
c) autoklaavimist.
Kivinemist kiirendavate lisandite kasutamine
Varasel läbikülmumisel betooni tugevuse kasv lakkab. Ülessulamisel see küll jätkub, kuid
betooni lõpptugevus väheneb.
Betooni tugevust vähendab paljutsükliline dünaamiline, korduv läbikülmumine ja ülessulamine kuni 30%
sõltuvalt miinustemperatuurist ja betooni veesisaldusest.
8. Betooni klassi ja margi mõiste. Tugevusklass (p 1.4).
Projekteerimisel etteantavaid betooni kvaliteedi põhilisi näitajaid nimetatakse betooni klassideks
või markideks. Klass või mark on betooni antud kvaliteedinäitaja üks normeeritud väärtustest.
Klass määratakse selle näitaja teatud tõenäosusega garanteeritud suuruse järgi, mark selle
näitaja keskmise suuruse järgi.
Betoon- ja raudbetoonkonstruktsioonide korral on peamiseks betooni kvaliteedi näitajaks betooni tugevusklass, mis väljendatakse betooni 95% tõenäosusega garanteeritud silindrilise või kuubikulise survetugevuse kaudu. Tähistatakse tähega C, näiteks klassi C25/30 korral betooni 95% tõenäosusega garanteeritud silindriline survetugevus fck = 25 MPa või kuubikuline survetugevus fcube,k =30 MPa, s.t., et 95%-l katsetatud silindritest või kuupidest ei või tugevus olla väiksem kui 25 või 30 MPa.
9. Betooni mahukahanemine (p 1.5.1).
Mahukahanemine on betooni omadus õhukeskkonnas kivistumisel oma mahus väheneda.
Mahukahanemise arenemine on seotud betooni struktuuri ajaliste muutustega (kapillaarnähtused, tsementkivi väljakuivamine, geeli tihenemine ja kristallvõre tugevnemine). Mahukahanemist soodustavad:
− suur tsemendi hulk betoonis;
− suur vesitsementtegur;
− peene täitematerjali suhteliselt suur osakaal;
− kuiv kasutuskeskkond.
10. Betooni roome (p 1.5.2)
Roome on betooni omadus järeldeformeeruda kestva koormuse toimel pikema aja kestel. Roome sõltuvus betooni struktuurist, koostisest ja keskkonnatingimustest on analoogiline mahukahanemisega. Roomedeformatsioonid võivad mitmekordselt ületada betooni elastseid deformatsioone, suurendades nii konstruktsioonide paigutisi ja muutes isegi esialgset sisejõudude jaotust.
Lõpliku roomedeformatsiooni vähendamiseks on võimaluse korral mõistlik vältida konstruktsiooni liiga varajast koormamist.
Tavatingimustes ületab roomedeformatsioon elastset deformatsiooni 2…4 korda.
11. Armatuuri liigitus ja armatuurterase füüsikalis-mehaanilised omadused (p 2.1)
Liigitus:
- kuumaltvaltsitud varrasarmatuur;
- valtstraat;
- külmalttõmmatud traatarmatuur
- keevitatav ribiarmatuur
- tross on traatidest punutud toode.
Pinna iseloomu järgi liigitatakse armatuur :
- ribi -armatuuriteras
- profiil -armatuuriteras,
- sile armatuuriteras;
Füüsikalis-mehhaanilised omadused
- voolavustugevus fyk (eristatakse pehme ja kõva teras-vp puudub);
- maksimaalne tegelik voolavustugevus fy,max;
- tõmbetugevus;
- venivus
- painutatavus;
- nakkekarakteristikud;
- ristlõike mõõtmed ja tolerantsid;
- väsimustugevus;
- keevitatavus;
- keevisvõrkude ja -karkasside nihke- ja keevitustugevus.
Füüsikalist voolavuspiiri omava armatuurterase σ−ε diagramm. Seda iseloomustavad voolavuspiir fy, tõmbetugevus ft ja tõmbetugevusele vastav suhteline pikenemine εu.
12. Armatuuri nomenklatuur ja armatuurtooted (p 2.2. 2.3)
Armatuuri nomenklatuur