Byggande i betong

BYGGANDE I BETONG - VÅRT MEST ANVÄNDA, MÄNNISKOTILLVERKADE MATERIAL.


Fundamentala egenskaper hos betongkonstruktioner

Det vi vanligtvis kallar betong består av cement, vatten och ballast. Ballasten kan bestå av sand, natursten, krossat stenmaterial, lättklinker etc. Om annat bindemedel än cement plus vatten, såsom t.ex. bitumen, används gör man ett förtydligande tillägg och talar om asfaltbetong. I fortsättningen används ordet betong för betongmaterial, som har cement och vatten som bindemedel. Genom att betong är mer eller mindre flytande i färskt tillstånd och hårt sedan cementet har hydratiserat (härdat), kan man lätt tillverka de mest skiftande former genom gjutning eller sprutning.

Genom att variera mängder och egenskaper hos beståndsdelarna kan man åstadkomma ett betongmaterial med egenskaper, som varierar inom mycket vida gränser. Betong har i sig hög styrka vid tryckbelastning men dålig vid dragbelastning. De konstruktioner som vore möjliga att realisera under sådana förutsättningar skulle inte bli särskilt ekonomiska. För att åstadkomma konstruktionselement, som klarar andra belastningar än rent tryck måste man förbättra betongens förmåga att uppta dragkrafter. Detta görs genom att gjuta ihop betongen med andra material, som har god draghållfasthet. Det vanligaste är att man gjuter in stänger av stål i betongen. Man armerar den. Tekniken att dimensionera och utforma armering av betong är följaktligen lika viktig som tekniken att framställa betong med önskade egenskaper.

Om man använder förhållandevis mycket vatten vid tillverkningen, så får man en lättbearbetad massa, som dock riskerar att separera vid gjutningen. Man får också stor krympning vid härdningen och låg hållfasthet. Om man tar en mindre vattenmängd så ökar hållfasheten och krympningen minskar normalt. Bearbetbarheten blir så dålig vid små vattenmängder att det inte går att kompaktera betongen, varför hållfasthet och beständighet blir dåliga av det skälet. Genom att använda olika tillsatsmedel och fillermaterial kan man minska vattenmängden och ändå bibehålla bearbetbarheten. Detta är en förutsättning för utvecklingen av höghållfast betong. Krympningen går aldrig att få bort helt. Ingjuten armering krymper dock inte - ej heller betongens omgivning, exempelvis en berggrund. Förhindrad krympning är därför ett belastningsfall, som måste beaktas av konstruktören.
Betong, som står under ständig belastning deformeras sakta. Fenomenet kallas krypning . Det förorsakar problem i form av stora nedböjningar för exempelvis spännarmerade brokonstruktioner.

Armerad betong

Armering av betong åstadkoms normalt genom ingjutning av stålstänger eller nät, som består av sammansvetsade stålstänger. På senare tid har tekniken att blanda in fibrer av exempelvis stål utvecklats. Fibrernas längd ligger runt några tiotals mm och deras diameter runt några tiondels mm. Fiberbetongproduktion är dock förhållandevis dyrbar och det går inte heller att åstadkomma samma bärförmåga som med ingjutna stålstänger. Armeringsstängerna måste bringas att samverka med den omgivande betongen. Det vanligaste är att armeringsstängerna vid valsningen förses med tvärgående räfflor, som ger ingrepp i betongen. Även om ståls styvhet är större än betongs, så påverkar ingjutet stål inte betongens uppförande nämnvärt till att börja med vid pålastning. Anledningen är att stålmängden är mycket mindre än betongmängden. "Betongen känner inte av stålet" innan den spricker. Då börjar armeringen göra sig gällande och börjar på allvar att ta upp krafter. Härvid ökar sprickornas bredd. Denna uppsprickning är ett problem både för estetiken och för beständigheten. Problemet går dock att bemästra genom att utforma armeringen så att sprickorna håller sig små. Sprickor med en bredd av cirka 0,2 mm syns inte på något avstånd och de innebär inte heller att den alkaliska miljö, som krävs för att armeringen skall vara korrosionsskyddad, påverkas i nämnvärd grad.

När betongen spricker upp minskar dess styvhet. Det innebär att nedböjningarna hos exempelvis en betongbalk kan bli besvärande stora om balken är slank. Vid sådana konstruktioner används ofta spänd armering - vanligtvis s.k. efterspänd armering. Den tekniken innebär att rör gjuts in i betongen. Efter hårdnandet dras knippen av ståltråd genom rören. Ståltrådsknippena spänns sedan med domkrafter mot betongkonstruktionen och förankras därefter. Härigenom blir betongen initiellt tryckt och en böjbelastning innebär att tryckspänningarna minskar innan de övergår till dragspänningar och uppsprickning sker. Betongkonstruktionen blir styvare och dessutom minskar korrosionsrisken för armeringen genom att sprickorna är obefintliga eller små.

Utvecklingstendenser och forskningsområden.

På materialsidan pågår en fortsatt utveckling mot allt högre hållfastheter. Man kan idag i praktisk produktion använda hållfastheter, som är två à tre gånger högre än de hållfastheter, som användes på 1970-talet. I laboratorierna kan man tillverka betong, som är lika stark som stål i lägre kvaliteter. Höga betongkvaliteter ställer krav på armeringen, som måste kunna samverka med den starkare betongen. Analys av nya betongkvaliteter genom laboratorieprovning och datorsimulering av deras brottmekanik är ett viktigt forskningsområde.

Fiberarmerad betong är ett material, som delvis har andra egenskaper än stångarmerad betong. Tillverkningen innebär också speciella problem, som inte föreligger vid normal betong. En vanlig tillämpning för fiberarmerad betong är bergförstärkning med sprutad betong. Utvecklingen av nya fibermaterial, analysen av dessa samt framtagande av ingenjörsmässiga metoder för dimensionering pågår.

Misslyckanden med att åstadkomma tillräckligt beständig betong för utomhuskonstruktioner har lett till ett omfattande forskningsarbete. Aktuella frågor rör transport och frysning av vatten i betongens porsystem, inverkan av tösaltning, karbonatisering av betongen under inverkan av fukt och luftens koldioxid, korrosionsskydd av armering samt reparationsteknik.
Kraven på att skydda våra naturtillgångar leder till ökad användning av krossat stenmaterial som ballast. Sådan betong kräver annan receptur än vanlig betong. Det är inte heller fullt utrett vilka mekaniska egenskaper sådan betong erhåller. Användning av återvunnen betong för tillverkning av ny betong ökar också.

Arbetsmiljökrav har gjort det intressant att utveckla självkompakterande betong, som inte kräver vibrering under gjutprocessen. Sådan betongs mekaniska egenskaper behöver undersökas. Armering av lättare material än stål, t.ex. fiberarmerad plast, är också intressant ur denna aspekt.

Forskningen inom betongområdet vid institutionen för Byggkonstruktion kommer att vara inriktad på att i nära samarbete med materialforskarna undersöka förutsättningarna för användningen av nyutvecklade materialvarianter i konstruktioner av armerad betong.

 

 
Till sidans topp