Marion Alexandra Jallai
KIUDBETOON- OMADUSED,
KASUTUSALAD
REFERAAT
Õppeaines: EHITUSMATERJALID
Ehitusinstituut
Õpperühm: KK 11
Juhendaja: Sirle Suviste
Tallinn 2020
2
SISUKORD
SISSEJUHATUS ...................................................................................................................................... 3
1.
KIUDBETOONI AJALUGU............................................................................................................ 4
2.
KIUDUDE ÜLESANNE BETOONIS ............................................................................................. 5
2.1
Kiudbetooni omadusi muutvad kiud ......................................................................................... 5
2.1.1
Teraskiud........................................................................................................................... 6
2.1.2
Basaltkiud ......................................................................................................................... 7
2.1.3
Polüpropüleenkiud ............................................................................................................ 8
2.1.4
Klaaskiud .......................................................................................................................... 9
2.1.5
Süsinikkiud ..................................................................................................................... 10
2.1.6
Asbest- ja looduslikud kiud ............................................................................................ 10
3.
KIUDBETOONI KASUTUSVALDKONNAD ............................................................................. 12
3.1
Vundamendid .......................................................................................................................... 12
3.2
Seinad ...................................................................................................................................... 12
3.3
Põrandad ................................................................................................................................. 12
3.4
Vahelaed ................................................................................................................................. 13
3.5
Tunnelid .................................................................................................................................. 14
3.6
Sillad ....................................................................................................................................... 14
4.
KIUDBETOONI EELISED JA PUUDUSED ................................................................................ 15
4.1
Kiudbetooni eelised võrreldes tavabetooniga ......................................................................... 15
4.2
Kiudbetooni puudused võrreldes tavabetooniga ..................................................................... 15
KOKKUVÕTE ....................................................................................................................................... 17
VIIDATUD ALLIKAD .......................................................................................................................... 18
3
SISSEJUHATUS
Tavalist betooni iseloomustavad suur survetugevus ja väike tõmbetugevus. Betooni tugevuse
parandamiseks, et seda saaks kasutada suurtes konstruktsioonides erinevates kohtades. Tavalise betooni
armeerimiseks on armatuuri kasutamine vajalik, aga see nõuab ette projekteerimist, transporti, paigaldust
ja suuremat tööjõudu. Samuti võivad kaasneda klassikalise armeeringuga risk, et armatuur on valesti
paigaldatud ja konstruktsiooni kvaliteet halveneb. Need aspektid muudavad tavalise betooni armeerimise
aeganõudvaks ja kulukamaks. [1]
Kiudbetooniga ei kaasne selliseid probleeme, kuna betoonisegu sisse segatavad kiud moodustavad
betoonile armeeringu ja tavalise terasvarraste paigaldamine armatuurina pole vajalik. Betooni
armeerimiseks kiudbetoonis kasutatakse erinevatest materjalidest kiude ning ka nendest kiududest tehtud
vardaid, trosse ja punutud kangaid. Kiudbetooni eeliseid tavabetooni ees on mitmeid, nendest põhilised
on aja-, ning kulude minimaalsus. Samuti saab kiudbetooni kasutada erinevates keskkondades. [1]
4
1. KIUDBETOONI AJALUGU
Betooni puhul on iseloomustavad omadused suur survetugevus ja väike paindetugevus. Betoonile
lisatakse armeering, et võrdsustada paindetugevus survetugevusega ning suurendada löögikindlust. [1]
Ajaloos on erinevad kiud on mänginud rolli ehitusmörtide tugevdamises pikalt. Tehnoloogia, et ehituses
saviplokke armeerida õlgedega või loomakarvadega, mõtlesid välja juba muistsed egiptlased. [2] 3500
aastat tagasi on ka Mesopotaamias täheldatud hobusekarvade ja õlgede kasutamist mördisegus [3].
Populaarsust kogus ka ehituses savionnide kiududega armeerimine Lõuna-Ameerikas. Asbestikiude
hakati laialdaselt kasutama betooni armeerimiseks 20. sajandi esimesel poolel. [2]
1910. aastal on täheldatud kõige esimesed katsed naelte ja metalllaastude kasutamisest betooni
tugevdamisel [2]. Klaas- ning teraskiudusid on hakatud laiemalt kasutama betoonis 1930-1940ndatel [3].
1960ndatel hakati Ameerika Ühendriikides kiudbetooni kasutamist ja katsetamist ehitusel võtma
tõsisemalt, sest militaarobjektide puhul, näiteks lennuradade, on vajalik betooni suurem löögitugevus
ning 1970ndatel toodeti edukalt betooni paindetugevust suurendavad ning pragude tekkimist takistavad
kiutüübid. [2]
Betooni armeerimine kiududega tänapäeval pole ainult militaarehitusega seotud vaid seda kasutatakse
laialdaselt erinevates monteeritavates betoonelementides. Kõige uuem kiudbetooni kasutuskoht on
vahelaed, veel kasutatakse kiudbetooni torkreetbetoonis, põrandates ning vundamentides. [2]
Esimene kiudbetoonist vahelagi valati Belgias 2004. aastal ning Eestis valati 2005. aastal esimene
vahelagi Tabasalus, 2006. aastal toimus Tallinas Kotkapoja tänaval esimese mitmekorruselise
büroohoone ehitamine [2].
5
2. KIUDUDE ÜLESANNE BETOONIS
Põhilised ülesanded kiududel betoonis on nihke-, surve-, painde-, ja tõmbepingete vastu võtmine ning
mahukahanemise ja deformatsioonide vähendamine. Kiudude arv betoonis peab olema piisavalt suur, et
kiud saaksid asetseda üksteise kõrval võimalikult ühtlaselt tagamaks betooni ühtlase pinge- ja
energiajaotuse. [4]
Suur kiudude arv betoonis tagab ka suurte pragude vältimise. Väikse prao tekkimisel kandub energia
kõrval asetsevate kiude sisse ning kogu konstruktsioonis toimub ühtlane pingejaotus. [4]
Kiudude ankurdus betoonis peab olema piisavalt hea, vastasel juhul jääb kasutamata kiudude tugevus
ning kasutegur betooni armeerimisel on väike. Kiudude hea ankurduse saavutamiseks on arendatud välja
erinevate kujudega kiud. [4]
Väiksemate sünteetiliste kiudude ülesanne on parandada betooni mahukahanemist. Nende maht on
betoonis tavaliselt 1 % ning need vähendavad mahukahanemist takistades vee kerkimist pinnale.
Väikeste sünteetiliste kiudude pikkus on kuni 25 mm. [4]
Mahukahanemise vähendamise ülesannet vähem koormatud konstruktsioonides täidavad ka suuremad
sünteetilised kiud. Betoonkonstruktsioonide hea vastupanu keemilisele keskkonnale ning suurem
tulepüsivus on omadus, mis näitab sünteetiliste kiudude efektiivsust. Suuremate sünteetiliste kiudude
ülesanne on ka asendada metallarmatuuri, kui selle kasutamine pole lubatud. [4]
2.1 Kiudbetooni omadusi muutvad kiud
Kiududel, mida kasutatakse betooni armeerimiseks on erinevad mehaanilised näitajad (Tabel 1).
Tabel 1. Erinevate kiumaterjalide ja kiudude mehaanilised omadused [4]
6
Materjal
Suhteline
tihedus
t/m3
Läbimõõt,
paksus μm
Pikkus
mm
Elastsus-
moodul
GPa
Tõmbe-
tugevus
MPa
Purunuemis-
deformatsioon
%
Betoon
1,8-2,40
10000-
20000,0
-
20-40
1-4
0,01-0,02
Asbest
2,55
10-15,0
5-40
164
200-1800
2-3,00
Süsinikkiud
1,16-1,95
0,02-30,0
3-jätkuv
30-390
600-2700
0,5-2,40
Klaaskiud
2,70
12,5
10-50
70
600-2500
3,60
Polüpropüleenkiud
1,16
13-104,0
6
17-20
900-1000
8-11,00
Teras
7,68
100-600,0
10-60
200
700-2000
3-5,00
2.1.1 Teraskiud
Teraskiududel (Joonis 1) on mitmeid tootmisviise ning need on kõige enim kasutatavad kiud betooni
armeerimiseks kuna neil on suur tõmbetugevus ning tootmine on teraskiu puhul soodsam, kui näiteks
klaas-või süsinikkiu [4]. Teraskiud erinevad tõmbetugevuse ja ankurduse omaduste poolest.
Tõmbetugevus on teraskiul 200-2600 MPa. [5] Põhilised tootmisviisid teraskiududel on freesimine,
külmalt traadi tõmbamine ning metalllehest kiudude lõikamine [6]. Kiudude pikkus on kuni 70 mm ning
pikkuse ja läbimõõdu suhe 20-100. Kuju poolest on kiud otstest koonilised, lainelised või painutatud
ning freesitud kiud on tavaliselt korrapäratu kujuga. Kiudude materjal on roostevabast terasest või
galvaniseeritud terasest. Katsetega on selgunud, et kõige paremad omadused annavad teraskiudbetoonile
külmalt tõmmatud traadist lainelised kiud pikkusega 50-60 mm ning pikkuse ja läbimõõdu suhtega 50-
80 otstest kõverdatud kiud. [6]
Töödeldavus ja transport on teraskiude tõttu ebasoodne ning seetõttu ei tohiks teraskiudude hulk
moodustada rohkem kui 1,5-2 % betoonimahust. Samuti betooni vibreerimisel liiga pikalt vajuvad kiud
segu alumisse kihti ja kiudude kasutegur kaob, sest betooni omadused on paremad ainult siis kui kiud on
segus ühtlaselt hajutatud. [4]
7
Joonis 1. Erinevad teraskiudude tüübid [6]
2.1.2 Basaltkiud
Basalt on looduslik vulkaaniline tardkivim, mis on ehituses laialdaselt kasutuses ning seda kasutatakse
ka kiudude valmistamiseks. Varasemalt oli basaldi kasutamiseesmärk armeerida erinevaid toru-, plastik-
, ja muid detaile. Betooni tugevdamiseks on hakatud basalti kasutama viimase 14. aasta jooksul. [5]
Basaltkiu (Joonis 2) tootmine on sarnane klaaskiu tootmisele, aga odavam, sest basaltkiu tootmiseks on
vajalik purustatud basaltkivim, klaaskiu tootmisel on vaja rohkem toormaterjale. Basaltkivimi omadused
võivad erineda kaevanduspiirkonniti, mis tähendab, et ka kiu omadused on mõjutatud algse toormaterjali
kvaliteedist. [4]
Keemiline koostis sarnaneb basaltkiududel klaaskiududega, kuid basaltkiud on vastupidavamad
leelistele, sooladele ning hapetele. Vastupidavus nendele elementidele võimaldab basaltkiudbetooni
kasutamist sildade ning teiste rannakonstruktsioonide ehitamisel. [7] Basaltkiude saab kasutada
temperatuuridel -200 °C kuni 800 °C [4].
8
Joonis 2. Basaltkiud [4]
2.1.3 Polüpropüleenkiud
Polüpropüleenkiude (Joonis 3) kasutatakse põhiliselt tasanduskihtides, kuivsegudes ning
mahukahanemispragude vähendamiseks vähekoormatud konstruktsioonides, kuna betooni kivistumisel
on omane betoonikahanemine ning pragunemine. Pragunemine toimub betooni tihenemisel, tahked
osakesed hakkavad vajuma ning samal ajal liigub vesi segu pinnale. Kuivas keskkonnas võib toimuda
plastiline mahukahanemine, sest vesi aurustub plastilise betooni pinnalt kiiremini, kui betooni valgumise
tulemusena vesi jõuab koguneda betooni pinnale. [7] Värske betooni omaduste paranemiseks piisab
0,1 %-lisest polüpropüleenkiu sisaldusest betoonisegus, juba kivistunud betooni puhul ei avalda kiud
mõju [4].
Polüpropüleenkiude lisamine betooni suurendab selle tulepüsivust ning temperatuuri vastupanu. Kiud
võivad olla erineva pikkuse ja läbimõõduga, enim levinud kiud on 12 mm pikad ning läbimõõduga
~20 µm. [4]
9
Joonis 3. Polüpropüleenkiud [8]
2.1.4 Klaaskiud
Klaaskiudude (Joonis 4) kasutamine betoonis on vajalik karmimates keskkondades asetsevates
konstruktsioonides. Klaaskiud ei korrodeeru ning on leelisekindlad, mis tähendab, et nende kasu on
kõige suurem ehitistes, mis võivad olla mõjutatud keemiliste ühendite poolt. Tsirkooniumoksiidi sisaldus
tooraines näitab kiu leeliskindlust. Tavaliselt jääb tsirkooniumoksiidi sisaldus üle 19 %. Klaaskiude saab
ka kasutada samal eesmärgil, mis polüpropüleenkiude seetõttu, et klaaskiud vähendavad plastset
kuivamispragunemist. Klaaskiudude pikkus on tavaliselt 3 kuni 30 mm. [7]
Joonis 4. Klaaskiud [9]
10
2.1.5 Süsinikkiud
Süsinikkiududel (Joonis 5) on väike mahukaal, hea temperatuuritaluvus, väike soojuspaisumine, suur
tõmbetugevus, suur vastupanu keemilistele ühenditele ning suur jäikus. Süsinikkiudude tootmine on aga
väga kallis ja keeruline võrreldes teiste kiudude tootmisega ning seetõttu pole nende kasutamine
betoonisegu tugevdamisel väga levinud. Kui kiudbetooni tugevdamiselt kasutatakse süsinikkiude, siis
on need tavaliselt pigil põhinevad kiud, sest nende tootmine on odavam. [4]
Joonis 5. Süsinikkiud [4]
2.1.6 Asbest- ja looduslikud kiud
Asbest (Joonis 6) on maavara, mida kaevandatakse ning selle omadused on hea soojusisolatsioon,
keemiline ja mehaaniline vastupanu ning hea painduvus. Asbesti kasutamine on keelatud, sest see tekitab
tõsiseid ja eluohtlike haigusi hingamisteedes. [4]
Joonis 6. Asbestkiud [4]
11
Looduslike kiudude kasutamine on levinud arengumaades ning loodussõprade hulgas.
Tugevusomadused olenevad tavaliselt loodusliku kiu päritolust, aga pigem kasutatakse looduslikke
kiude betoonisegu vormimisomaduse ja töödeldavuse parandamiseks, kuna betooni survetugevusele ja
paindetugevusele mõjuvad need halvasti. [4]
12
3. KIUDBETOONI KASUTUSVALDKONNAD
3.1 Vundamendid
Vundamentide ehitusel kasutatakse kaht tüüpi vundamente: lint- ja plaatvundamendid. Lintvundamendid
valatakse seinte või muude kandvate konstruktsioonide alla lindina. Plaatvundamendi puhul valatakse
vundamendi kandva osaga koos põrandaplaat. [7]
Kiudbetooni, mida kasutatakse põrandate valamisel nimetatakse ARMIXTM betooniks. Kiudbetooni
kasutamine põranda valamisel on kergem, sest ei ole vajadust klassikalise armeeringu jaoks. Klassikalise
armeeringu puhul asetatakse armatuur konstruktsiooni tõmbetsooni, aga valesti paigutatud armatuur võib
seada ohtu betoonikonstruktsiooni kvaliteedi. Kiudbetoon on ühtlaselt armeeritud ning see võimaldab
valada mitmekorruseliste majade vundamente tavaarmeeringut kasutamata. [7]
3.2 Seinad
TAB-WallTM betoon on kiudbetoon, mida kasutatakse seinte valamisel. Seinte valamisel on kiudbetooni
kasutamine otstarbekam seetõttu, et nagu ka vundamentide valamisega, pole vaja seinu klassikaliselt
armeerida ning see kiirendab ja lihtsustab ehitust. TAB-WallTM kiudbetooniga valatakse ennastkandvaid
seinu, tugiseinu ning kandvaid välis- ja siseseinu. Paigaldus toimub seintel samasuguste meetoditega,
mis tavabetooni puhul ning TAB-WallTM kiudbetooni on võimalik ka valada koos tavaarmatuuriga, mis
parandab konstruktsioonide lõpptulemust. [7]
3.3 Põrandad
Eestis on kiudbetooni kasutamine põrandavalamisel laialt levinud Nimelt valatakse umbes 90 %
põrandatest kiudbetooniga. Teraskiudbetoon on põhiline põrandaplaatidena kasutatav kiudbetoonitüüp
ning sõltuvalt keskkonnast ja vajadusest kasutatakse teisi kiutüüpe betooni armeerimisel. [7]
Väga paljud tööstuste põrandad, parkimismaja põrandad, lennurajad ning maanteed on
teraskiudbetoonist. Sellised põrandad ja ehitised peavad olema kõige rohkem kindlustatud pragunemise
eest ning need peavad taluma suuri jõudusid ilma suurte deformatsioonide tekkimiseta. Teraskiud
muudavad põrandate kandevõime suuremaks ning parandavad oluliselt betooni vastupidavust suurtele
koondatud jõududele. [5]
13
3.4 Vahelaed
Vahelagede ehitamine nõuab üldjoontes palju tööd ning projekteerimist. Armeeringu projekterimine,
transport ning paigaldamine muudab ehitusprotsessi aeganõudvamaks ja kulukamaks. TAB-SlabTM
betooni vahelae süsteem muudab teatud vaheseinade puhul projekteerimise ja ehitusprotsessi kergemaks,
sest TAB-SlabTM koosneb APC1 varrastest ning kiudbetoonist (Joonis 7). Kiudbetooni ja APC (joonis
olemasolu muudavad tavalise armeeringu ebavajalikuks. [7]
Joonis 7. Kiudbetoonist vahelagi koos APC varrastega [1]
1 Anti Progressive Collapse (APC) väldib konstruktsiooni varisemist posti või kandeseina purunemisel
14
3.5 Tunnelid
Teraskiudbetooni kasutamine tunneliehituses on laialt levinud, sest see talub hästi surve-ja
paindekoormust. Teraskiudbetooni kasutamine tunneliehituses tagab madala hoolduskulu ning lihtsustab
ja kiirendab konstruktsioonide ehitust. [1]
3.6 Sillad
Merevesi on tavabetooni jaoks liiga agressiivne keskkond, seetõttu on ehitatud sildasid, kus kandepostide
omaduste säilitamiseks on lisatud betoonile süsinik-, basalt-, ning klaaskiude. Nende kiudude lisamine
betoonile väljastab betooni korrudeerumise ning pikendab betooni eluiga. Samuti on sildade ehitusel
eelpingestatud sillatalades hakatud tavaarmeeringu asemel kasutama teraskiude, millele toetuvad
teraskiudbetoonplaadid. [5]
15
4. KIUDBETOONI EELISED JA PUUDUSED
4.1 Kiudbetooni eelised võrreldes tavabetooniga
Ehitusprotsessid võivad olla aeganõudvad ning kulukad ning üks põhilisi kiudbetooni eeliseid on
kindlasti see, et ehitus sujub kiiremini kuna pole vajadust tavaliste armatuuride paigalduseks. [1]
Kiudbetooni eelised [1]:
• kiudude paiknemine tagab armeeringu kogu ristlõike ulatuses ning puudub risk, mis võib tekkida
valesti paigaldatud armatuuriga;
• pole vajadust spetsiaalsete armeerijate jaoks;
• TAB-SLAB™ ja ARMIX™ Extra betoon ei vaja vibreerimist;
• kiudbetooni kasutamine on lihtne, mugav ja kiire;
• kiudbetooni saab valada kohe peale raketiste paigaldust;
• ei ole vaja armeeringut ette projekteerida, armatuuri tellida, transportida ega paigaldada ning see
säästab aega;
• mahukahanemisega seotud pragunemisrisk on väiksem;
• betooni suurem painde- ja survetugevus võimaldavad vähendada konstruktsiooni mõõtmeid;
• talvel puudub armatuuri puhastamise kohustus jääst ja lumest ning armatuuri eelsoojendamine
pole vajalik. Armatuuri puudumisel pole raketise lumest puhastamine keeruline;
• konstruktsiooni valamise kulutused on täpselt etteplaneeritavad;
• armatuuri ettevalmistamiseks pole vaja platsi;
• betooni löögikindlus on suurem.
4.2 Kiudbetooni puudused võrreldes tavabetooniga
Kiudbetooni puudused on [7]:
• suure kiussialdusega tekib betoonil halb töödeldavus;
• betooni pumpamisel mikserautoga võivad tekkida niinimetatud kiupallid, mis tekitavad torudes
ummistusi ning muudavad pumpamisprotsessi aeglasemaks;
• kiudude halb jaotus segus avaldab negatiivset mõju betooni tugevusele.
16
Kiupallide tekkimise vältimiseks tuleb kiud segus õigesti doseerida ning lisada õigeaegselt. Tuleb ka
kontrollida komponentide järjestust segumasinasse lisamisel ning veenduda, et segumasin on töökorras
ning efektiivne ettenähtud kiudude ühtlaseks jaotamiseks. [7]
17
KOKKUVÕTE
Kiudbetoonis armeeringu jaoks on võimalik kasutada erinevaid teras-, polüpropüleen-, klaas-, basalt-,
looduslik- ja süsinikkiudusid. Asbesti kasutamine minevikus on olnud ka armeeringu puhul tavaline, aga
nüüdseks on see keelatud tõsiste eluohtlike faktorite tõttu. Kiudbetoonist on võimalik valada erinevaid
konstruktsiooni osasid nii, et nad saavutavad oma maksimaalse surve-, ja tõmbetugevuse. [4]
Kiudbetoonil on hulk eeliseid tavabetooniga võrreldes, neist põhilised on aja- ja kulude minimaalsus. [1]
18
VIIDATUD ALLIKAD
[1]
Rudus, Betotrade, „· Kiudbetoon · kiudbetoon“. http://www.kiudbetoon.ee/kiudbetoon.htm
(vaadatud dets 02, 2020).
[2]
Rudus, Betotrade, „· Kiudbetoon · lisainfo“. http://www.kiudbetoon.ee/ajalugu.htm (vaadatud
dets 01, 2020).
[3]
T. Truuts, „TERASKIU JA BETOONI VAHELISE NAKKETUGEVUSE UURIMINE“, Tartu,
Eesti Maaülikool, 2018, lk 62.
[4]
R. Aren, „KIUDBETOONI KASUTAMINE EHITUSES JA SELLE MEHAANILISED
OMADUSED“, Tartu, Eesti Maaülikool, 2015, lk 92,
[5]
S.-M.
Udras,
„TERASKIUDUDE
KUJU
JA
OMADUSTE
MÕJU
KIUDBETOONELEMENTIDE PAINDETUGEVUSELE“, Tartu, Eesti Maaülikool, 2016, lk 101.
[6]
„· Kiudbetoon · teraskiud“. http://www.kiudbetoon.ee/teraskiud.htm (vaadatud dets 01, 2020).
[7]
M. Lindpere, „ERINEVATE KIUDUDEGA KIUDBETOONPLAATIDE MEHAANILISTE
OMADUSTE UURIMINE“, Tartu, Eesti Maaülikool, 2016, lk 85.
[8]
Rudus, Betotrade„· Kiudbetoon · polukiud“. http://www.kiudbetoon.ee/polukiud.htm (vaadatud
dets 01, 2020).
[9]
Rudus, Betotrade„· Kiudbetoon · klaaskiud“. http://www.kiudbetoon.ee/klaaskiud.htm (vaadatud
dets 01, 2020).
Document Outline
- Sissejuhatus
- 1. Kiudbetooni ajalugu
- 2. Kiudude ülesanne betoonis
- 2.1 Kiudbetooni omadusi muutvad kiud
- 2.1.1 Teraskiud
- 2.1.2 Basaltkiud
- 2.1.3 Polüpropüleenkiud
- 2.1.4 Klaaskiud
- 2.1.5 Süsinikkiud
- 2.1.6 Asbest- ja looduslikud kiud
- 3. kiudbetooni kasutusvaldkonnad
- 3.1 Vundamendid
- 3.2 Seinad
- 3.3 Põrandad
- 3.4 Vahelaed
- 3.5 Tunnelid
- 3.6 Sillad
- 4. kiudbetooni eelised ja puudused
- 4.1 Kiudbetooni eelised võrreldes tavabetooniga
- 4.2 Kiudbetooni puudused võrreldes tavabetooniga
- kokkuvõte
- Viidatud allikad
Kõik kommentaarid