Betonarme - Reinforced concrete

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Betonarme
Talbruecke-Bruenn 2005-08-04.jpg
Betonun inşaat demiri kafesinin etrafına yerleştirilmesinden önce ve sonra görülen ağır bir betonarme kolon
Tür Kompozit malzeme
Mekanik özellikler
Çekme dayanımı t ) Betondan daha güçlü

Betonarme beton ( RC ), aynı zamanda güçlendirilmiş çimento beton ( SSB ) olarak da adlandırılır , betonun nispeten düşük çekme dayanımı ve sünekliğinin , daha yüksek çekme mukavemetine veya sünekliğe sahip takviyenin dahil edilmesiyle telafi edildiği kompozit bir malzemedir . Takviye, zorunlu olmamakla birlikte, genellikle çelik çubuklardır ( inşaat demiri ) ve genellikle beton donatılardan önce betona pasif olarak gömülür.

Açıklama

Takviye şemaları genellikle betonun belirli bölgelerindeki kabul edilemez çatlamalara ve / veya yapısal bozulmaya neden olabilecek çekme gerilimlerine direnecek şekilde tasarlanır . Modern betonarme, çelikten, polimerlerden veya inşaat demiri ile bağlantılı olarak veya olmayan alternatif kompozit malzemeden yapılmış çeşitli takviye malzemeleri içerebilir. Nihai yapının çalışma yükleri altındaki davranışını iyileştirmek için betonarme de kalıcı olarak gerilebilir (sıkıştırmada beton, gerilmede donatı). Amerika Birleşik Devletleri'nde bunu yapmanın en yaygın yöntemleri ön-gerdirme ve art-gerdirmedir .

Güçlü, sünek ve dayanıklı bir yapı için, donatı en azından aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır: -

  • Yüksek bağıl güç
  • Yüksek çekme gerilimi toleransı
  • PH, nem ve benzeri faktörlerden bağımsız olarak betona iyi yapışma
  • Isıl uyumluluk, değişen sıcaklıklara yanıt olarak kabul edilemez streslere (genişleme veya büzülme gibi) neden olmaz.
  • Örneğin, korozyon veya sürekli gerilmeden bağımsız olarak beton ortamda dayanıklılık.

Tarih

Expo 58 için Brüksel'de inşa edilen Philips Pavilion'un yeni şekli betonarme kullanılarak elde edildi

François Coignet , bina yapılarını inşa etmek için bir teknik olarak demir takviyeli betonu kullanan ilk şirketti . 1853'te Coignet , Paris'in banliyölerinde 72 rue Charles Michels'de dört katlı bir ev olan ilk demirle güçlendirilmiş beton yapıyı inşa etti . Coignet'in betonarme betonla ilgili açıklamaları, bunu betona güç katmak için değil, monolitik yapıdaki duvarların devrilmesini önlemek için yaptığını gösteriyor. 1854'te İngiliz inşaatçı William B. Wilkinson, inşa ettiği iki katlı evin beton çatısını ve zeminlerini güçlendirdi. Takviye konumlandırması, seleflerinden farklı olarak, çekme gerilmeleri hakkında bilgi sahibi olduğunu gösterdi.

19. yüzyıl Fransız bahçıvanı Joseph Monier , dayanıklı saksılar yapmak için mevcut malzemelerden memnun olmayan yapısal, prefabrik ve betonarme betonun geliştirilmesinde öncüydü. Bir tel örgü ve bir harç kabuğunun karıştırılmasıyla beton saksıları güçlendirmek için patent aldı. 1877'de Monier, bir ızgara modeline yerleştirilmiş demir çubuklar kullanarak beton kolonları ve kirişleri güçlendirmek için daha gelişmiş bir teknik için başka bir patent aldı. Monier kuşkusuz betonarme betonun iç kohezyonunu iyileştireceğini biliyor olsa da , betonun gerilme mukavemetinin takviye ile ne kadar iyileştirildiğini bile bilip bilmediği açık değildir .

1870'lerden önce, Roma İmparatorluğu'na kadar uzanan ve 19. yüzyılın başlarında yeniden kullanılmaya başlanan beton yapı kullanımı henüz kanıtlanmış bir bilimsel teknoloji değildi. Thaddeus Hyatt , İnşaatta Metal Ekonomisine ve Çatıların, Zeminlerin ve Yürüme Yüzeylerinin Yapımında Yangına Karşı Güvenlik İçin Portland-Çimento-Betonun Yapı Malzemesi Olarak Demir ile Kombine Edilmiş Bazı Deneylerin Hesabı başlıklı bir rapor yayınladı. , betonarme davranışı üzerine deneylerini rapor ettiği. Çalışmaları, kanıtlanmış ve üzerinde çalışılmış bir bilim olarak beton yapının evriminde önemli bir rol oynadı. Hyatt'ın çalışması olmadan, teknolojideki ilerleme için daha tehlikeli deneme yanılma yöntemlerine güvenilebilirdi.

İngiliz doğumlu bir mühendis olan Ernest L. Ransome , 19. yüzyılın sonunda betonarme tekniklerinin ilk mucitlerinden biriydi. Ransome, önceki 50 yılda geliştirilen betonarme bilgisini kullanarak, betonarme ilk mucitlerinin neredeyse tüm stillerini ve tekniklerini geliştirdi. Ransome'un temel yeniliği, güçlendirici çelik çubuğu bükerek betonla olan bağını iyileştirmekti. Betonarme binalarından artan bir üne kavuşan Ransome, Kuzey Amerika'daki ilk betonarme köprülerden ikisini inşa etmeyi başardı. Amerika Birleşik Devletleri'nde inşa edilen ilk beton binalardan biri, William Ward tarafından tasarlanan ve 1876'da tamamlanan özel bir evdi. Ev özellikle yanmaz olacak şekilde tasarlandı.

GA Wayss , bir Alman inşaat mühendisiydi ve demir-çelik beton yapının öncülerindendi. 1879'da Wayss, Monier'in patentlerine ilişkin Alman haklarını satın aldı ve 1884'te firması Wayss & Freytag , betonarme ilk ticari kullanımını gerçekleştirdi. 1890'lara kadar, Wayss ve firması, Monier'in güçlendirme sisteminin ilerlemesine büyük katkıda bulundu ve onu gelişmiş bir bilimsel teknoloji olarak kurdu.

Betonarme ile yapılan ilk gökdelenlerden biri, 1904'te inşa edilen Cincinnati'deki 16 katlı Ingalls Binası'ydı.

Güney Kaliforniya'daki ilk betonarme bina, 1905'te Los Angeles şehir merkezinde inşa edilen Laughlin Ek Binası idi. 1906'da, Los Angeles Şehri'ndeki, Temple Auditorium ve 8 katlı Hayward dahil olmak üzere, betonarme binalar için 16 inşaat ruhsatı verildiği bildirildi. Otel.

1906'da, Long Beach'teki Bixby Hotel'in kısmi bir çöküşü, inşaat sırasında iskele erken kaldırıldığında 10 işçiyi öldürdü. Bu olay, beton montaj uygulamalarının ve bina denetimlerinin incelenmesini teşvik etti. Yapı, içi boş kil kiremit nervürlü döşeme ve içi boş kil kiremit dolgu duvarları olan betonarme çerçevelerden yapılmıştır. Bu uygulama uzmanlar tarafından şiddetle sorgulandı ve “saf” beton yapı için öneriler yapıldı, zeminler ve duvarlar ile çerçeveler için betonarme beton kullanılarak yapıldı.

Nisan 1904'te, betonarme estetik kullanımına öncülük eden Amerikalı mimar ve mühendis Julia Morgan , ilk betonarme yapısını, karşısında bulunan Mills College'da 72 fit (22 m) çan kulesi olan El Campanil'i tamamladı. San Francisco'dan koy . İki yıl sonra El Campanil, 1906 San Francisco depreminden zarar görmeden atlattı , bu da itibarını artırmasına ve üretken kariyerine başlamasına yardımcı oldu. 1906 depremi, halkın betonarme bir yapı malzemesi olarak algılanan donukluğu nedeniyle eleştirilen ilk direncini de değiştirdi. 1908'de, San Francisco Denetim Kurulu şehrin bina kodlarını daha geniş betonarme kullanımına izin verecek şekilde değiştirdi .

1906'da Ulusal Çimento Kullanıcıları Birliği (NACU), Standart No. 1'i ve 1910'da Betonarme Kullanımına İlişkin Standart Yapı Yönetmeliğini yayınladı .

İnşaatta kullanın

Sagrada Familia'nın çatısının inşaattaki inşaat demiri (2009)

Levhalar , duvarlar , kirişler , kolonlar , temeller , çerçeveler ve daha fazlası dahil olmak üzere birçok farklı yapı türü ve yapı bileşeni betonarme kullanılarak inşa edilebilir .

Betonarme, prekast veya yerinde dökme beton olarak sınıflandırılabilir .

En verimli zemin sistemini tasarlamak ve uygulamak, optimum bina yapıları oluşturmanın anahtarıdır. Bir zemin sisteminin tasarımındaki küçük değişiklikler, malzeme maliyetleri, inşaat programı, nihai mukavemet, işletme maliyetleri, doluluk seviyeleri ve bir binanın son kullanımı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.

Takviye olmadan, beton malzeme ile modern yapılar inşa etmek mümkün olmazdı.

Betonarme davranışı

Malzemeler

Beton, kaba (taş veya tuğla yongaları) ve ince (genellikle kum veya kırma taş) agregaların, bir bağlayıcı malzeme macunu (genellikle Portland çimentosu ) ve su ile karışımıdır . Çimento az miktarda suyla karıştırıldığında , agregayı çevreleyen ve sert bir yapıya kilitleyen mikroskobik opak kristal kafesler oluşturmak için hidratlanır . Beton yapımında kullanılan agregalar, organik safsızlıklar, silt, kil, linyit vb. Gibi zararlı maddelerden arındırılmış olmalıdır. Tipik beton karışımları, basınç gerilimlerine karşı yüksek dirence sahiptir (yaklaşık 4,000 psi (28 MPa)); bununla birlikte, kayda değer herhangi bir gerilim ( örneğin, bükülmeden dolayı ) mikroskobik rijit kafesi kırarak betonun çatlamasına ve ayrılmasına neden olacaktır. Bu nedenle, gerilim oluşumunu önlemek için tipik donatısız beton iyi desteklenmelidir.

Çelik gibi yüksek gerilme mukavemetine sahip bir malzeme betona yerleştirilirse, kompozit malzeme, yani betonarme, yalnızca sıkıştırmaya değil, aynı zamanda eğilmeye ve diğer doğrudan çekme hareketlerine de direnç gösterir. Betonun sıkıştırmaya ve takviye " inşaat demiri " nin gerilime direnç gösterdiği kompozit bir bölüm , inşaat endüstrisi için hemen hemen her şekil ve boyutta yapılabilir.

Temel özellikler

Üç fiziksel özellik, betonarme betona özel özelliklerini verir:

  1. Termal genleşme katsayısı betonun nedeniyle farklılıklara geniş iç gerilimlerin ortadan kalkmasını çelik, benzer olan termal genişleme veya daralma.
  2. Beton içindeki çimento macunu sertleştiğinde, bu çeliğin yüzey detaylarına uyarak herhangi bir gerilmenin farklı malzemeler arasında verimli bir şekilde aktarılmasına izin verir. Beton ve çelik arasındaki bağı veya kohezyonu daha da iyileştirmek için genellikle çelik çubuklar pürüzlendirilir veya oluklu hale getirilir .
  3. Alkali tarafından sağlanan kimyasal ortamı alkali rezervi (KOH, NaOH) ve portlandit ( kalsiyum hidroksit sertleştirilmiş çimento hamurunda bulunan) bir neden pasifleştirici için çok daha fazla dirençli olmasını, çeliğin yüzeyinde formuna filmin korozyon bu olduğundan daha nötr veya asidik koşullarda olun. Çimento hamuru atmosferik CO hava ve meteor su tepki verir maruz kaldığı zaman 2 , portlandit ve kalsiyum silikat hidrat , sertleştirilmiş çimento (CSH) haline tedricen gazlı ve yüksek pH yavaş yavaş 13.5 azalır yapıştırma - 12.5, 8.5 Kalsit ( kalsiyum karbonat ) ile denge halindeki suyun pH'ı ve çelik artık pasifleştirilmez.

Genel bir kural olarak, yalnızca büyüklük sıraları hakkında bir fikir vermek için, çelik ~ 11'in üzerindeki pH'ta korunur, ancak beton karbonatlandığında çelik özelliklerine ve yerel fiziko-kimyasal koşullara bağlı olarak ~ 10'un altında aşınmaya başlar. Betonun Karbonasyon birlikte klorür girişi başarısızlığının başlıca nedenlerinden arasındadır takviye çubukları beton.

Tipik betonarme için gerekli olan göreli enine kesit alanı genellikle oldukça küçüktür ve çoğu kiriş ve döşeme için% 1'den bazı kolonlar için% 6'ya kadar değişir. Takviye çubukları normalde enine kesitte yuvarlaktır ve çapları değişir. Betonarme yapılar bazen nem ve nemlerini kontrol etmek için havalandırılmış içi boş çekirdekler gibi hükümlere sahiptir.

Düşey betonarme elemanların enine kesiti boyunca beton (donatıya rağmen) dayanım özelliklerinin dağılımı homojen değildir.

Takviye ve betonun kompozit etki mekanizması

Çelik çubuk gibi bir betonarme yapıdaki takviye, yük altındaki iki malzemenin süreksizliğini, kaymasını veya ayrılmasını önlemek için çevreleyen betonla aynı gerilme veya deformasyona uğramalıdır. Bileşik eylemi sürdürmek, beton ve çelik arasında yük aktarımını gerektirir. Direkt gerilim, uzunluğu boyunca takviye çubuğundaki çekme gerilimini değiştirmek için betondan çubuk arayüzüne aktarılır. Bu yük aktarımı, bağ (ankraj) yoluyla elde edilir ve çelik-beton arayüzünün çevresinde gelişen sürekli bir gerilme alanı olarak idealize edilir. Beton ve çeliğin iki farklı malzeme bileşeninin birlikte çalışabilmesinin nedenleri şunlardır: (1) Donatı betona iyi bir şekilde bağlanabilir, böylece birlikte dış yüklere dayanabilir ve deforme olabilirler. (2) Beton ve çeliğin ısıl genleşme katsayıları o kadar yakındır (beton için 1.0 × 10-5 ~ 1.5 × 10-5 ve çelik için 1.2 × 10-5), ikisi arasındaki bağa termal gerilmenin neden olduğu hasar bileşenler önlenebilir. (3) Beton, gömülü çeliği korozyondan ve yüksek sıcaklığa bağlı yumuşamadan koruyabilir.

Betonda ankraj (bağ): Spesifikasyon kodları

Gerçek bağ gerilimi, bir gerilim bölgesine sabitlenmiş bir çubuğun uzunluğu boyunca değiştiğinden, mevcut uluslararası şartname kuralları, bağ gerilimi yerine geliştirme uzunluğu kavramını kullanır. Bağ arızasına karşı güvenlik için temel gereklilik, çeliğin akma gerilimini geliştirmesi gereken noktanın ötesinde çubuğun uzunluğunun yeterli bir şekilde uzatılmasını sağlamaktır ve bu uzunluk, en azından gelişme uzunluğuna eşit olmalıdır. Bununla birlikte, mevcut gerçek uzunluk tam geliştirme için yetersizse, çarklar veya kancalar veya mekanik uç plakalar gibi özel ankrajlar sağlanmalıdır. Aynı kavram, ekleme bölgesinde gerilmenin gerekli sürekliliğini sağlamak için iki bitişik çubuk arasında eklerin (üst üste binen) sağlandığı kodlarda belirtilen bindirmeli ekleme uzunluğu için de geçerlidir.

Korozyon önleyici önlemler

Islak ve soğuk iklimlerde, buz çözücü tuza maruz kalabilecek yollar, köprüler, park yapıları ve diğer yapılar için güçlendirilmiş beton, kaplamasız, düşük karbon / krom (mikro kompozit), epoksi kaplı gibi korozyona dayanıklı takviye kullanımından yararlanabilir. , sıcak daldırma galvanizli veya paslanmaz çelik inşaat demiri. İyi tasarım ve iyi seçilmiş bir beton karışımı, birçok uygulama için ek koruma sağlayacaktır. Kaplamasız, düşük karbonlu / kromlu inşaat demiri, kaplama eksikliğinden dolayı standart karbon çeliği inşaat demirine benziyor; aşınmaya karşı oldukça dirençli özellikleri çelik mikro yapıda mevcuttur. Pürüzsüz, koyu kömür kaplaması üzerindeki benzersiz ASTM tarafından belirlenmiş değirmen işaretiyle tanımlanabilir. Epoksi kaplı inşaat demiri, epoksi kaplamasının açık yeşil renginden kolayca ayırt edilebilir. Sıcak daldırma galvanizli inşaat demiri, maruz kalma süresine bağlı olarak parlak veya donuk gri olabilir ve paslanmaz inşaat demiri, karbon çeliği takviye çubuğundan kolayca ayırt edilebilen tipik bir beyaz metalik parlaklık sergiler. Referans ASTM standart şartnameleri A1035 / A1035M Deforme Edilmiş ve Düz Düşük Karbonlu, Krom, Beton Takviye için Çelik Çubuklar için Standart Şartname, Sıcak Daldırma Galvanizli Takviye Çubukları için A767 Standart Şartname, Epoksi Kaplı Çelik Takviye Çubukları için A775 Standart Şartname ve Deforme için A955 Standart Şartname ve Beton Güçlendirme için Düz Paslanmaz Çubuklar.

Donatıları korumanın daha ucuz bir yolu da onları çinko fosfatla kaplamaktır . Çinko fosfat, kalsiyum katyonları ve çimento gözenek suyunda bulunan hidroksil anyonlarla yavaş reaksiyona girer ve stabil bir hidroksiapatit tabakası oluşturur.

Penetran dolgu macunları tipik olarak sertleştikten bir süre sonra uygulanmalıdır. Sızdırmazlık malzemeleri arasında boya, plastik köpükler, filmler ve alüminyum folyo , katranla kapatılmış keçeler veya kumaş paspaslar ve bazen yol yataklarını kapatmak için kullanılan bentonit kili katmanları bulunur .

Kalsiyum nitrit [Ca (NO 2 ) 2 ] gibi korozyon inhibitörleri de beton dökülmeden önce su karışımına eklenebilir. Genellikle 1–2 wt. İnşaat demiri korozyonunu önlemek için çimento ağırlığına göre % [Ca (NO 2 ) 2 ] gereklidir. Nitrit anyonu, aşınan çeliğin yüzeyinde bulunan çözünür ve hareketli demir iyonlarını (Fe 2+ ) oksitleyen ve bunların çözünmez bir demir hidroksit (Fe (OH) 3 ) olarak çökelmesine neden olan hafif bir oksitleyicidir . Bu, anodik oksidasyon bölgelerinde çeliğin pasifleşmesine neden olur . Nitrit, iki değerlikli demirin daha az güçlü bir oksitleyicisi olan nitrattan çok daha aktif bir korozyon inhibitörüdür .

Kirişlerin takviyesi ve terminolojisi

Hem takviye çeliğini hem de altındaki garaj seviyesi için tavan aydınlatmasını monte etmek için gerekli olan kabloları, bağlantı kutularını ve diğer elektrik bileşenlerini içerecek olan kapalı otopark döşemesine entegre iki kesişen kiriş.
Galler , Cardiff Körfezi yakınlarındaki yeni bir yolun parçası olan yükseltilmiş bir yola yerleştirilen son ışının kısa bir videosu

Bir kiriş bükülme momenti altında bükülür ve küçük bir eğrilikle sonuçlanır. Eğriliğin dış yüzünde (çekme yüzü) beton çekme gerilmesi yaşarken, iç yüzünde (basınç yüzü) basınç gerilimi yaşar.

Bir tek başına takviye kiriş gerilimi direnecek şekilde tasarlanmıştır, gerilimsiz çelik denilen, beton eleman sadece çekme yüz ve takviye yakın takviye edildiği bir tanesidir.

Bir çift takviye kiriş gerilme takviye yanında beton elemanı beton, sıkıştırılmaya karşı direnç ve stresleri çekmek yardımcı olmak için sıkıştırma yüzeyinin yakınında takviye edildiği bir kesittir. İkinci takviye, sıkıştırma çeliği olarak adlandırılır. Bir betonun sıkıştırma bölgesi, basınç momentine (pozitif moment) direnmek için yetersiz olduğunda, mimar bölümün boyutlarını sınırlandırıyorsa ekstra donatı sağlanmalıdır.

Bir alt-takviyeli kiriş çekme donatısı gerilim kapasitesi beton kombine sıkıştırma kapasitesi ve (çekme yüz takviye altında) sıkıştırma çelikten daha küçük olan bir sistemdir. Betonarme eleman artan eğilme momentine maruz kaldığında, beton nihai kırılma durumuna ulaşmazken çekme çeliği eğilir. Çekme çeliği esnedikçe ve gerildikçe, "yetersiz güçlendirilmiş" bir beton da sünek bir şekilde akar ve nihai arızasından önce büyük bir deformasyon ve uyarı sergiler. Bu durumda çeliğin akma gerilimi tasarımı yönetir.

Aşırı güçlendirilmiş kiriş, çekme çeliğinin gerilme kapasitesinin, beton ve sıkıştırma çeliğinin (gerilme yüzünde aşırı takviye edilmiş) birleşik sıkıştırma kapasitesinden daha büyük olduğu kiriştir. Dolayısıyla, "aşırı donatılı beton" kiriş, basınç bölgesi betonunun kırılmasıyla ve gerilme bölgesi çeliği eğilmeden önce kırılır, bu da arıza anlık olduğu için arıza öncesi herhangi bir uyarı vermez.

Bir dengeli takviyeli kiriş basınç ve çekme bölgeleri hem de ışın ile aynı uygulanan yükte elde bastıkları biridir ve beton ezecek ve gerilimli çelik aynı zamanda verecektir. Bununla birlikte, bu tasarım kriteri, aşırı donatılı beton kadar risklidir, çünkü çekme çeliği verimleri ile aynı anda beton ezilirken arıza anidir, bu da gerilim arızasında çok az bir tehlike uyarısı verir.

Çelikle güçlendirilmiş beton moment taşıyıcı elemanlar, normalde, yapının kullanıcılarının yaklaşan çökme konusunda uyarı alması için yeterince güçlendirilecek şekilde tasarlanmalıdır.

Karakteristik dayanım örnek gösterir% 5'ten daha az mukavemeti daha düşük bir malzemenin mukavemetidir.

Tasarım gücü ya da , nominal gücü bir malzeme güvenlik faktörü de dahil olmak üzere bir malzemenin mukavemeti vardır. İzin verilen gerilme tasarımında güvenlik faktörünün değeri genellikle 0,75 ila 0,85 arasında değişir .

Nihai sınır durumu belirli bir olasılık ile, teorik yetmezliği noktasıdır. Faktörlü yükler ve faktörlü dirençler altında belirtilir.

Betonarme yapılar normalde kurallara ve düzenlemelere veya ACI-318, CEB, Eurocode 2 veya benzeri gibi bir kodun tavsiyesine göre tasarlanır. Betonarme yapı elemanlarının tasarımında WSD, USD veya LRFD yöntemleri kullanılır. RC elemanlarının analizi ve tasarımı, doğrusal veya doğrusal olmayan yaklaşımlar kullanılarak gerçekleştirilebilir. Güvenlik faktörlerini uygularken, bina kodları normalde doğrusal yaklaşımlar önerir, ancak bazı durumlarda doğrusal olmayan yaklaşımlar. Doğrusal olmayan sayısal simülasyon ve hesaplama örneklerini görmek için referansları ziyaret edin:

Öngerilmeli beton

Öngerilmeli beton, beton kirişlerin yük taşıma mukavemetini büyük ölçüde artıran bir tekniktir. Hizmet sırasında çekme kuvvetlerine maruz kalacak olan kirişin alt kısmında bulunan takviye çeliği, etrafına beton dökülmeden önce gerdirilir. Beton sertleştikten sonra, takviye çeliğindeki gerilim serbest bırakılır ve betona yerleşik bir basınç kuvveti uygular. Yükler uygulandığında, takviye çeliği daha fazla stres alır ve betondaki basınç kuvveti azalır, ancak bir çekme kuvveti haline gelmez. Beton her zaman basınç altında olduğundan çatlama ve kırılmaya daha az maruz kalır.

Çelik betonarme betonun yaygın arıza modları

Güçlendirilmiş beton, yetersiz mukavemet, mekanik arızaya yol açması veya dayanıklılığının azalması nedeniyle bozulabilir. Korozyon ve donma / çözülme döngüleri, kötü tasarlanmış veya inşa edilmiş betonarme hasara neden olabilir. İnşaat demiri korozyona uğradığında, oksidasyon ürünleri ( pas ) genişler ve pul pul dökülmeye, betonu kırmaya ve inşaat demirini betondan ayırmaya eğilimlidir. Dayanıklılık sorunlarına yol açan tipik mekanizmalar aşağıda tartışılmaktadır.

Mekanik arıza

Beton bölümün çatlamasını önlemek neredeyse imkansızdır; ancak, çatlakların boyutu ve yeri sınırlandırılabilir ve uygun takviye, kontrol derzleri, kürleme metodolojisi ve beton karışım tasarımı ile kontrol edilebilir. Çatlama, nemin takviyeye nüfuz etmesine ve paslanmasına izin verebilir. Bu bir hizmet verebilirlik içinde başarısızlık sınırı devlet tasarımı . Çatlama, normalde yetersiz miktarda inşaat demiri veya çok uzun mesafeli inşaat demirinin sonucudur. Beton daha sonra ya aşırı yük altında ya da kürlenirken erken termal büzülme gibi iç etkiler nedeniyle çatlıyor.

Çökmeye yol açan nihai başarısızlık, basınç gerilmeleri mukavemetini aştığında meydana gelen betonun ezilmesinden, eğilme veya kesme gerilmeleri donatının mukavemetini aştığında donatı çubuğunun esnemesi veya bozulmasından veya beton ile beton arasındaki bağ kopmasından kaynaklanabilir. inşaat demiri.

Karbonatlaşma

Çelik takviye korozyonu ve şişmesi nedeniyle beton duvar çatlaması. Pas, metalden daha düşük bir yoğunluğa sahiptir, bu nedenle oluştukça genişler, duvardaki dekoratif kaplamayı kırar ve yapısal betona zarar verir. Malzemenin bir yüzeyden kırılmasına dökülme denir .
Muhtemelen çelik ile yüzey arasında çok ince bir beton tabakasının neden olduğu ve dış etkenlerden kaynaklanan korozyonun neden olduğu dökülmenin ayrıntılı görünümü.

Karbonlaşma veya nötrleştirme, havadaki karbondioksit ile betondaki kalsiyum hidroksit ve hidratlanmış kalsiyum silikat arasındaki kimyasal bir reaksiyondur .

Beton bir yapı tasarlandığında, inşaat demiri için beton kaplamanın (obje içindeki donatı çubuğunun derinliği) belirlenmesi olağandır . Minimum beton kaplama, normalde tasarım veya bina kodları ile düzenlenir . Donatı yüzeye çok yakın ise korozyona bağlı erken bozulma meydana gelebilir. Beton örtü derinliği bir örtü ölçer ile ölçülebilir . Bununla birlikte, karbonatlı beton, yalnızca takviye çeliğinin elektropotansiyel korozyonuna neden olmak için yeterli nem ve oksijen bulunduğunda bir dayanıklılık sorununa neden olur.

Karbonatlaştırma için bir yapı test için bir yöntem için matkap sathında yeni bir delik ve daha sonra, kesik yüzeyleri muamele fenolftalein belirteç çözeltisi. Bu çözelti , alkali beton ile temas ettiğinde pembeye dönerek karbonatlaşmanın derinliğini görmeyi mümkün kılar. Mevcut bir deliğin kullanılması yeterli değildir çünkü açıkta kalan yüzey zaten karbonatlanmış olacaktır.

Klorürler

Klorürler , yeterince yüksek konsantrasyonda mevcutsa , gömülü inşaat demirinin korozyonunu artırabilir . Klorür anyonları hem bölgesel korozyona ( çukur korozyonu ) hem de çelik donatıların genel korozyonuna neden olur. Bu nedenle, betonu karıştırmak için sadece taze ham su veya içme suyu kullanılmalı, iri ve ince agregalarda klorür içerebilecek katkılar yerine klorür olmamasına dikkat edilmelidir.

Bir kanalizasyon pompa istasyonunun temelleri ve duvarları için inşaat demiri.
Paulins öldürmek Viyadüğü , Hainesburg, New Jersey, uzun 115 feet (35 m) ve uzun 1.100 fit (335 m) ve bunun bir parçası olarak 1910 yılında tamamlandı dünyanın en büyük betonarme yapı olarak görülmesine Lackawanna Cut-Off demiryolu hattı projesi. Lackawanna Demiryolu betonarme kullanımında bir öncü.

Bir zamanlar kalsiyum klorürün betonun hızlı bir şekilde kurumasını sağlamak için bir katkı maddesi olarak kullanılması yaygındı . Ayrıca yanlışlıkla donmayı önleyeceğine inanılıyordu. Ancak, klorürlerin zararlı etkileri öğrenildiğinde bu uygulama gözden düştü. Mümkün olduğunca kaçınılmalıdır.

Suyun donma noktasını düşürmek için kullanılan karayollarında buz çözücü tuzların kullanılması , betonarme veya öngerilmeli beton köprü tabliyelerinin, yolların ve otoparkların erken arızalanmasının muhtemelen başlıca nedenlerinden biridir. Kullanımı epoksi kaplı takviye çubukları ve uygulama katodik koruma da bir dereceye kadar sorunu azaltmıştır. Ayrıca FRP (fiber takviyeli polimer) inşaat demirlerinin klorürlere daha az duyarlı olduğu bilinmektedir. Uygun şekilde kürlenmesine izin verilen uygun şekilde tasarlanmış beton karışımları buz çözücülerin etkilerine karşı etkili bir şekilde geçirmezdir.

Klorür iyonlarının bir diğer önemli kaynağı deniz suyudur . Deniz suyu ağırlıkça yaklaşık% 3,5 tuz içerir. Bu tuzlar, sodyum klorür , magnezyum sülfat , kalsiyum sülfat ve bikarbonatları içerir . Suda bu tuzlar serbest iyonlarda (Na + , Mg 2+ , Cl - , SO 4 2− , HCO 3 - ) ayrışır ve su ile birlikte betonun kılcal damarlarına göç eder . Bu iyonların yaklaşık% 50'sini oluşturan klorür iyonları, karbon çeliği takviye çubuklarının aşınmasının bir nedeni olarak özellikle agresiftir.

1960'larda ve 1970'lerde , klorür açısından zengin bir karbonat minerali olan manyezitin zemin kaplama malzemesi olarak kullanılması nispeten yaygındı . Bu, esas olarak bir tesviye ve ses zayıflatma tabakası olarak yapıldı. Bununla birlikte, bu malzemelerin nem ile temas ettiklerinde manyezit içindeki klorürlerin varlığından dolayı zayıf bir hidroklorik asit çözeltisi ürettikleri artık bilinmektedir . Çözüm, belirli bir süre boyunca (tipik olarak on yıllarca), gömülü donatıların aşınmasına neden olur . Bu, en yaygın olarak ıslak alanlarda veya tekrar tekrar neme maruz kalan alanlarda bulundu.

Alkali silika reaksiyonu

Bu , bazen agregalarda bulunan amorf silisin ( kalsedon , çört , silisli kireçtaşı ) , çimento gözenek çözeltisinden gelen hidroksil iyonları (OH - ) ile reaksiyonudur . Kötü kristalize silika (SiO 2 ), alkali suda yüksek pH'ta (12.5 - 13.5) çözünür ve ayrışır. Çözünebilir ayrışmış silisik asit , geniş bir kalsiyum silikat hidrat (CSH) oluşturmak için çimento hamurunda bulunan kalsiyum hidroksit ( portlandit ) ile gözenek suyunda reaksiyona girer . Alkali silika reaksiyonu (ASR) sorumlu şişme lokalize neden olur çekme gerilimi ve çatlama . Alkali silika reaksiyonu için gerekli koşullar üç katlıdır: (1) alkali reaktif bir bileşen (amorf silika) içeren agrega, (2) hidroksil iyonlarının yeterli kullanılabilirliği (OH - ) ve (3)% 75'in üzerinde bağıl nemin üzerinde yeterli nem (RH) beton içinde. Bu fenomen bazen halk arasında " somut kanser " olarak anılır . Bu reaksiyon, donatıların varlığından bağımsız olarak gerçekleşir; barajlar gibi büyük beton yapılar etkilenebilir.

Yüksek alüminalı çimento dönüşümü

Zayıf asitlere ve özellikle sülfatlara dayanıklı olan bu çimento, çabuk kürleşir ve çok yüksek dayanıklılığa ve mukavemete sahiptir. İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra prekast beton nesneler yapmak için sıklıkla kullanıldı . Bununla birlikte, özellikle uygun şekilde kürlenmediğinde, ısı veya zamanla (dönüşüm) gücünü kaybedebilir. Yüksek alüminalı çimento kullanılarak öngerilmeli beton kirişlerden yapılmış üç çatının çökmesinden sonra, bu çimento İngiltere'de 1976'da yasaklandı . Konuyla ilgili daha sonra yapılan araştırmalar kirişlerin yanlış üretildiğini gösterdi, ancak yasak kaldı.

Sülfatlar

Yeterli konsantrasyondaki topraktaki veya yeraltı suyundaki sülfatlar (SO 4 ), betondaki Portland çimentosu ile reaksiyona girerek , yapının erken bozulmasına yol açabilen ettrinjit veya taumazit gibi genişleyen ürünlerin oluşumuna neden olabilir. Bu tipin en tipik saldırısı, alternatif ıslatma ve kurutma yoluyla sülfat iyonunun konsantrasyonda artabildiği derecelerde beton levhalar ve temel duvarları üzerinedir. Konsantrasyon arttıkça Portland çimentosuna saldırı başlayabilir. Boru gibi gömülü yapılar için bu tür saldırılar, özellikle doğu Amerika Birleşik Devletleri'nde çok daha nadirdir. Sülfat iyonu konsantrasyonu, toprak kütlesinde çok daha yavaş artar ve özellikle doğal topraktaki ilk sülfat miktarına bağlıdır. Doğal toprakla temas halindeki betonu içeren herhangi bir projenin tasarım aşamasında sülfatların varlığını kontrol etmek için toprak sondajlarının kimyasal analizi yapılmalıdır. Konsantrasyonların agresif olduğu tespit edilirse, çeşitli koruyucu kaplamalar uygulanabilir. Ayrıca ABD'de ASTM C150 Tip 5 Portland çimentosu karışımda kullanılabilir. Bu tip çimento, özellikle bir sülfat saldırısına karşı dirençli olacak şekilde tasarlanmıştır.

Çelik levha konstrüksiyon

Çelik levha yapımında kirişler paralel çelik levhaları birleştirir. Plaka tertibatları saha dışında üretilir ve kirişlerle birbirine bağlanmış çelik duvarlar oluşturmak için yerinde kaynak yapılır. Duvarlar, betonun içine döküldüğü forma dönüşür. Çelik levha konstrüksiyon, inşaat demiri ve yapı formlarını bağlamanın zaman alan yerinde manuel adımlarını ortadan kaldırarak betonarme inşaatı hızlandırır. Yöntem, mükemmel mukavemet ile sonuçlanır çünkü çelik, çekme kuvvetlerinin genellikle en büyük olduğu dış tarafta yer alır.

Elyaf takviyeli beton

Fiber donatı esas olarak püskürtme betonda kullanılır , ancak normal betonda da kullanılabilir. Fiberle güçlendirilmiş normal beton, çoğunlukla zemin katları ve kaldırımlar için kullanılır, ancak tek başına veya elle bağlanmış inşaat demiri ile çok çeşitli inşaat parçaları (kirişler, sütunlar, temeller vb.) İçin de düşünülebilir.

Elyaf takviyeli beton (genellikle çelik, cam , plastik elyaftır) veya Selüloz polimer elyaf, elle bağlanan inşaat demirinden daha ucuzdur. Lifin şekli, boyutu ve uzunluğu önemlidir. İnce ve kısa bir lif, örneğin kısa, kıl şeklindeki cam elyaf, yalnızca beton döküldükten sonraki ilk saatlerde etkilidir (işlevi beton sertleşirken çatlamayı azaltmaktır), ancak beton çekme dayanımını artırmaz. . Avrupa püskürtme betonu için normal boyutlu bir fiber (1 mm çap, 45 mm uzunluk - çelik veya plastik), betonun gerilme mukavemetini artıracaktır. Lif takviyesi çoğunlukla birincil inşaat demirini tamamlamak veya kısmen değiştirmek için kullanılır ve bazı durumlarda inşaat demirini tamamen değiştirmek için tasarlanabilir.

Çelik, yaygın olarak bulunan en güçlü elyaftır ve farklı uzunluklarda (Avrupa'da 30 ila 80 mm) ve şekillerde (uç kancaları) mevcuttur. Çelik lifler yalnızca korozyon ve pas lekelerini tolere edebilen veya önleyebilen yüzeylerde kullanılabilir. Bazı durumlarda, bir çelik fiber yüzey diğer malzemelerle karşı karşıya kalır.

Cam elyaf ucuzdur ve korozyona dayanıklıdır, ancak çelik kadar sünek değildir. Son zamanlarda, Doğu Avrupa'da uzun süredir bulunan eğirilmiş bazalt lifi , ABD ve Batı Avrupa'da satışa sunulmuştur. Bazalt lifi, camdan daha güçlü ve daha ucuzdur, ancak tarihsel olarak Portland çimentosunun alkali ortamına doğrudan takviye olarak kullanılacak kadar yeterince direnç göstermemiştir . Yeni malzemeler, bazalt elyafını çimentodan izole etmek için plastik bağlayıcılar kullanır.

Premium fiberler, neredeyse çelik kadar güçlü, ağırlık olarak daha hafif ve korozyona dayanıklı , grafitle güçlendirilmiş plastik fiberlerdir. Bazı deneyler, karbon nanotüplerle ümit verici erken sonuçlar elde etti , ancak malzeme hala herhangi bir bina için çok pahalı.

Çelik olmayan takviye

Çelik olmayan donatı ve betonun lif takviyesi konuları arasında önemli bir örtüşme vardır. Beton için çelik olmayan takviyenin tanıtımı nispeten yenidir; iki ana biçim alır: metal olmayan inşaat demiri çubukları ve çimento matrisine dahil edilmiş çelik olmayan (genellikle metal olmayan) lifler. Örneğin, cam elyaf takviyeli betona (GFRC) ve betona eklenen çeşitli polimer elyaf uygulamalarına ilgi artmaktadır . Şu anda bu tür malzemelerin metal inşaat demirinin yerini alacağına dair çok fazla öneri bulunmamakla birlikte, bunlardan bazılarının belirli uygulamalarda önemli avantajları vardır ve ayrıca metal inşaat demirinin bir seçenek olmadığı yeni uygulamalar da vardır. Bununla birlikte, çelik olmayan takviyenin tasarımı ve uygulaması zorluklarla doludur. Birincisi, beton, çoğu cam türü de dahil olmak üzere birçok malzemenin kötü hizmet ömrüne sahip olduğu, oldukça alkali bir ortamdır . Ayrıca, bu tür takviye edici malzemelerin davranışı, örneğin kesme mukavemeti, sünme ve esneklik açısından metallerin davranışından farklıdır.

Elyaf takviyeli plastik / polimer (FRP) ve cam takviyeli plastik (GRP), bir inşaat demiri çubuğu veya ızgara oluşturmak için bir reçine matrisinde ayarlanmış polimer , cam, karbon, aramid veya diğer polimerlerden veya yüksek mukavemetli elyaflardan oluşur, veya lifler. Bu inşaat demiri, çelik inşaat demiri ile hemen hemen aynı şekilde kurulur. Maliyet daha yüksektir, ancak uygun bir şekilde uygulandığında, yapıların avantajları vardır, özellikle de betonun içsel alkalinitesi veya betona nüfuz edebilecek harici aşındırıcı akışkanlar nedeniyle korozyonla ilgili sorunlarda çarpıcı bir azalma . Bu yapılar önemli ölçüde daha hafif olabilir ve genellikle daha uzun hizmet ömrüne sahip olabilir . Bu malzemelerin maliyeti, havacılık endüstrisinde ve orduda yaygın bir şekilde benimsenmesinden bu yana önemli ölçüde düştü.

Özellikle, FRP çubukları, çeliğin varlığının kabul edilemez olduğu yapılar için kullanışlıdır. Örneğin, MRI makinelerinin çok büyük mıknatısları vardır ve bu nedenle manyetik olmayan binalar gerektirir . Yine, radyo etiketlerini okuyan gişeler , radyo dalgalarına karşı şeffaf olan güçlendirilmiş betona ihtiyaç duyar . Ayrıca, beton yapının tasarım ömrünün başlangıç ​​maliyetlerinden daha önemli olduğu yerlerde, çelik olmayan takviye genellikle, takviye çeliğinin korozyonunun önemli bir arıza nedeni olduğu avantajlarına sahiptir. Bu gibi durumlarda, korozyona dayanıklı takviye, örneğin gelgit bölgesi gibi bir yapının ömrünü önemli ölçüde uzatabilir . Somut yapı, örneğin gelecek yıllarda kenarlarını tehlikeye olasıdır nerede CTP çubuklar da durumlarda yararlı olabilir balkonlar zaman korkulukları değiştirilir ve banyo zemini çok katlı inşaatta nerede zemin yapısının ömrü su yalıtım yapı membranının hizmet ömrünün birçok katı olması muhtemeldir .

Plastik takviye genellikle daha güçlüdür veya en azından takviye çeliklerinden daha iyi bir mukavemet / ağırlık oranına sahiptir. Ayrıca, korozyona dirençli olduğu için, çelik takviye kadar kalın (tipik olarak 30 ila 50 mm veya daha fazla) koruyucu bir beton kaplamaya ihtiyaç duymaz . FRP ile güçlendirilmiş yapılar bu nedenle daha hafif olabilir ve daha uzun süre dayanabilir. Buna göre, bazı uygulamalar için tüm yaşam maliyeti , çelik betonarme ile fiyat açısından rekabetçi olacaktır.

Malzeme özellikleri CTP ya da CTP çubukların çelikten önemli bir farklılık göstermektedir, bu nedenle tasarım koşulları farklılıklar vardır. FRP veya GRP çubukları nispeten daha yüksek gerilme mukavemetine, ancak daha düşük sertliğe sahiptir, bu nedenle sapmaların eşdeğer çelik takviyeli birimlerden daha yüksek olması muhtemeldir. İç FRP takviyeli yapılar tipik olarak çelik takviyeli yapıların plastik deforme olabilirliği (süneklik) ile karşılaştırılabilir bir elastik deforme olabilirliğe sahiptir. Her iki durumda da başarısızlık, takviyenin kırılmasından çok betonun sıkıştırılmasıyla meydana gelir. Sapma, betonarme için her zaman önemli bir tasarım meselesidir. Su, hava veya diğer agresif maddelerin çeliğe ulaşmasını ve korozyona neden olmasını önlemek için çelik takviyeli betonda çatlak genişliklerinin kontrol edilmesini sağlamak için sapma sınırları belirlenir. FRP ile güçlendirilmiş beton için, estetik ve muhtemelen su geçirmezlik, çatlak genişliği kontrolü için sınırlayıcı kriterler olacaktır. FRP çubukları ayrıca çelik inşaat demirine göre nispeten daha düşük basınç dayanımına sahiptir ve buna bağlı olarak betonarme kolonlar için farklı tasarım yaklaşımları gerektirir .

FRP takviyesinin kullanımının bir dezavantajı, sınırlı yangın direncidir. Yangın güvenliğinin göz önünde bulundurulması gereken durumlarda, FRP kullanan yapılar, güçlerini korumak ve yangın durumunda beklenecek sıcaklıklarda kuvvetlerin demirlemesini sağlamak zorundadır. Yangına karşı koruma amacıyla, yeterli kalınlıkta çimento beton kaplama veya koruyucu kaplama gereklidir. 1 kg / eklenmesi 3 betona polipropilen lif azaltmak için gösterilmiştir pul pul bir simüle yangın sırasında. (İyileşmenin, betonun kütlesinden çıkan yolların oluşumundan kaynaklandığı ve buhar basıncının dağılmasına izin verdiği düşünülmektedir.)

Diğer bir sorun, kayma takviyesinin etkinliğidir. Sertleşmeden önce bükülerek oluşturulan FRP inşaat demiri üzengi demirleri, genellikle çelik üzengi demirlerine veya düz lifli yapılara kıyasla nispeten zayıf performans gösterir. Gerildiğinde, düz ve kavisli bölgeler arasındaki bölge güçlü bükülme, kesme ve boylamasına gerilimlere maruz kalır. Bu tür sorunların üstesinden gelmek için özel tasarım teknikleri gereklidir.

Olağanüstü mukavemet sağlayabilen kompozit (cam elyafı, bazalt, karbon) inşaat demiri gibi gelişmiş malzemeler kullanarak mevcut yapılara harici takviye uygulamaya artan bir ilgi var. Dünya çapında Aslan, DACOT, V-rod ve ComBar gibi farklı ülkeler tarafından tanınan bir dizi kompozit inşaat demiri markası bulunmaktadır. ABD, Rusya ve Güney Kore'den Almanya'ya kadar tüm dünyada kompozit inşaat demiri kullanan proje sayısı her geçen gün artıyor.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma