בטון קל משקל (LWC) ביסס את עצמו כחומר בעל ביצועים גבוהים בבנייה המודרנית, הוקרן על יכולתו להפחית עומסים מתים במסגרות גבוהות, לשפר את המעטפות התרמיות במבנים יעילים באנרגיה, ומאפשר עיצובים מבניים ארוכי טווח חדשניים.המאפיין המגדיר כי שולט יכולות אלה הוא פורוזיות חומרית ספציפית יותר מלהיות מדד פשוט של ריקות, פורוזיות ב-LWC הוא ביצועים מיקרו-טווחיים בקפידה בין תכונות מכניות, לבין תפקוד מכניות, לבין תפקוד מכניות, כלומר, בטווח הארוך, לבין תפקוד מכני.

Defining Porosity in the Concrete Micro Structure

נקבוביות חומרית מתייחסת לשבריר הנפח של ריקות בתוך גוף מוצק.במובן, חלל ריק זה אינו ישות יחידה אלא מערכת מורכבת של נקבובים שניתן לסווגם בגודלם, מקורם וקישוריות. באופן כללי, פורוזיות בטון קשה ניתן לחלק לתוך ג'ל pores, כוויות כפייה, ומולקולות מקרו (מאומנים או מטופחים אוויר).

גלימות קיימים בתוך הhydrate של סידן (C-S-H) נקשר והם קטנים מאוד (בדרך כלל פחות מ 10 nm) הם תורמים באופן משמעותי לנפיחות מוחלטת אבל יש השפעה רשלנית על חדירות וכוח בשל הגודל והבידוד שלהם (קצבה של קפיליית) מ 10 ס"מ למספר מיקרומטרים, הם שרידי של החלל המלא בין דגנים קטנים יותר (כמו נפח מים).

(ה) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ההשפעה הישירה על ביצועי מכונות

כוח מדכא ויחסים חזקים

התוצאה הישירה ביותר של פורוזיות מוגברת היא צמצום כוח דחוס.עבור ממטריקס חומרי נתון, כוח פוחת באופן אקספוננציאלי ככל שהמערכת יחסים קלאסית היא כדלקמן:

(ב) ויקרא י"ד:2 (ב) ויקרא י"ד): "וַיָּבְהִיתִיא" (בראשית כ"ד, כ"ד)

כאשר f הוא הכוח ב-Frosity p, fFLT:0ciooFLT:1 הוא הכוח אפס פורוזיות, ו n הוא קבוע חומר. עבור בטון, n בדרך כלל נע בין 3 ל 6, מדגיש כמה רגיש כוח הוא לרוקן חלל.

עם זאת, בטון קל משקל מסבך את מערכת היחסים הפשוטה הזו.ב בטון במשקל רגיל (NWC), המאגד הוא בדרך כלל הרבה יותר חזק מהעדר.כישלון מתרחש דרך הדבק ומרחב המעבר הבין-גזעי (ITZ), שהוא אזור דק ועמום מאוד סביב הדחיסה של ה- LWC, המצטבר לעתים קרובות הוא הקישור החלש ביותר, וסדקים עשויים להתפשט ישירות דרך החלקיקים לכאורה זה יוצר יתרון שלילי פחות מ- WCDRic פחות מאשר .

שינויים של אסטנסיות ועיוותים סטרקטיים

המודולים האלסטיים של הבטון קשורים ישירות למודולוס של החומרים המרכיבים שלה ואת הפרופורציות הנפחיות שלהם. כי ה- ⁇ מצטברים ב- LWC יש מדדים נמוכים משמעותית מאשר מצטברים טבעיים, הנוקשות הכוללת של LWC מופחתת.המודולים של LWC מבנית הוא בדרך כלל 50% עד 70% של NWC עם כוח דומה.

היתרונות הארוכים והאקטיים של פורוזיות גבוהה

יעילות ועוצמה אנרגטית

אחת התכונות החשובות ביותר המסחריות של LWC היא מוליכות תרמית נמוכה שלה.עדיין אוויר הוא אינסולטור תרמי יוצא דופן, עם מוליכות של בערך 0.026 W/mK. על ידי החלפת חומר מוצק (אשר פועל חום ביעילות) עם ריקנים מלאים אוויר, מהנדסים יכולים להפחית באופן דרמטי את מוליכות תרמית של מטריצה קונקרטית.

בעוד NWC בדרך כלל יש מוליכות תרמית בטווח של 1.6 עד 2.0 W / mK, טווחי LWC מבניים מ 0.4 ל 0.8 W / mK. insulating בטון קל משקל, כגון אלה שנעשו עם perlite או vermiculite, יכול להשיג ערכים מתחת 0.2 W / mK זה מתורגם ישירות לתוך חלקים דקים, מופחת גלימות תרמי, ושיפור עם תאימות כגון ערכי אנרגיה גבוהה של קיבולת גבוהה של קיבולת של קיבולת של קיבולת של CM או EPA.

קיצור של Acoustic Absorption and Sound Transmission

המבנה ה ⁇ של LWC משפיע גם על ההתנהגות האקוסטית שלו. אנרגיית סאונד מכווצת כפי שהוא עובר דרך רשת פודורה מאומצת, מה שממיר אנרגיה אקוסטית לחום באמצעות חיכוך בקירות הנקבוביות.זה הופך את LWC לטוב יותר בקליטת צליל אווירי אוויר מאשר NWC צפופה, אשר נוטה לשקף קול.

עם זאת, מהנדסים חייבים להבחין בין ספיגת קול לבין שידור קול.בעוד השטח של LWC יכול לספוג קול, המסה מופחתת של החומר יכול למעשה להפוך אותו פחות יעיל בחסימת שידור קול (חוק המסה מכתיבים כי חומרים כבדים יותר בדרך כלל מספקים בידוד טוב יותר קול) כדי להשיג דירוגים גבוהים של רנסmission Class (STC) בבנייה רב משפחתי, חומות LWC עשויים לדרוש שכבות נוספות או עיצובים כי החומרים החומריים אחרים בצד המיקום האסטרטגי של מיקום.

ניווט אתגרים

Freeze-Thaw Resistance and the Pore Spacing Factor

היחסים בין נקבוביות ועמידות הם מורכבים.הנפיחות הגבוהה בדרך כלל מגבירה את הרגישות של החומר למים בתוקפנות ובהתקפה כימית.עם זאת, המבנה הספציפי של FLT:0pore StructureFLT:1 חשוב יותר מאשר הנקבוביות הכוללת.

כאשר המים בפודים רוויים קופים קופאים, הם מתרחבים בכ-9%, מייצרים לחץ הידראולי.אם הלחץ עולה על עוצמתם של ה- 10ile של הבטון, הסדקים החומריים (המנגנון המגן הקריטי הוא הצגת מערכת של חלל הדוק, קטן רִיק (בדרך כלל 50 עד 300 מיקרומטרים בקוטר) אלה פועלים כהתרחבות קרח.

אגצרי משקל אור יכולים להיות השפעות חיוביות ושליליות על התנגדות קפואה.אם המאגד עצמו מכיל קורקזה, פודורס מקושר, זה יכול ליישב ולהיות פגיע לפופ-outs. לעומת זאת, רבים מקבץ קליקים המיוצרים יש מעטפת צפופה, מחוסמת עם ⁇ , בפנים בלתי פוסקת זו, בעוד שפודים בפנים יכולים לספק שטח נוסף להתרחבות, מה שהופך את הכפורק לקשה מאוד עבור הציפוי אווירי-מחץ אווירי-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחץ-מחדש.

אספקת מים, פחמן, ו- Chloride Ingress

ההסתברות של בטון למים וסוכנים אגרסיביים נשלטת על ידי הקישוריות של pores capillary. בעוד הנפיחות הכוללת של LWC גבוהה יותר מ NWC, ממטריקס העבר יכול להיות מתוכנן להיות בעל יכולת נמוכה מאוד.שימוש יחס נמוך / ס"מ בשילוב עם חומרים מלטיים משלימים (SCMs) כגון אח מעדן, זבוב, או vulshstrasifs.

דאגה נפוצה אחת עם LWC היא הקליטה של המצטבר עצמו.להמשיך את המצרף הקלקלי הוא תרגול סטנדרטי למנוע ממנו לספוג את המים התערובת ולשיבוש יחס הפחתת המים.המים נספגים אלה אינם מים "חופשיים"; לכן הוא מוחזק בתוך הצטברות ולא תורם לנפיחות עצמית נמוכה יותר, למעשה, מים מאוחסנים אלה מספקים תועלת משמעותית באמצעות ריצוף פנימי של מים זורמים, כמו גם מנקה גבוהה יותר, כמו גם מנקה של מים, וחסינותבתים פנימיים של מים, וחסומי חומצה גבוהה יותר, אשר ⁇ .

עיצוב אסטרטגי ובחירת חומרים לשליטה בפורוזיות

בחירת אגפורטות משקל אור (LWA)

בחירת דחיסה קלה היא הכלי העיקרי לשליטה בפורוזיות ב-LWC. Common Materials כוללים:

  • (FLT:0)Expanded Clay, Shale, ו-Slates: FLT:1 Manufactured in rotary lns בטמפרטורות גבוהות (1000-1200 מעלות צלזיוס) החומר מתרחב בשל היווצרות גז, יצירת קליפת קרמיקה קשה, מחוסמת עם פנים ⁇ גבוה.
  • (ב) ,5 ,0) , עף אש (למשל, ליג): (FLT:1Fly ash מתחנות כוח מכופות פחם הוא מחוספס וחטא.המצוע המתקבל יש מרקם משטח גס ומבנה אחיד, סגור.הוא מספק יחס מכני מעולה יחסי חד-משמעיים וחוזק טוב לdensity.
  • (FLT:0) Perlite ו Vermiculite: FIRLT:1 כוסות געשיות מורחבות על ידי חימום.הם מפגינים פורוזיות גבוהה מאוד וצפיפות נמוכה מאוד, אך יש להם כוח חלקיקים נמוך.הם משמשים בעיקר עבור בידוד ולא מבנים.
  • (FLT:0) ,Natural Pumice ו- Scoria:cioFLT:1 באופן טבעי סלעים געשיים המתרחשים עם פצעי קשר מקושרים.הם יעילים באזורים שבהם הם זמינים, אך יכולים להראות ספיגה גבוהה יותר של מים וגמישות באיכות.

שיטות עיצוב לערבב עבור Light Weight Concrete

עיצוב תערובת LWC דורש גישה מסוימת המהווה את המאפיינים הייחודיים של המאגד.ה.ה.ה.ה.מ.:0 [שיטת נפח מוחלט] ,3 מותאמים כדי להכיל את הכובד הספציפי התחתון וקליטה גבוהה יותר של LWA. כי המצטברים הם ⁇ , צפיפות החלקיק עצמו (שומן ספציפי הדומה) שונה באופן משמעותי מהדחיסות שלו.

החלטה קריטית בעיצוב תערובת היא אם לקבץ את הצטברות במצב רווי, פני השטח (SSD) או מצב תנור (OD) בוץ במצב SSD מבטיח כי המצטבר לא יספוג מים מן התערובת, מתן שליטה מיידית על יחס w / ס"מ יעיל.עם זאת, זה דורש עיכובים טרום-הנעה זהיר ניהול מלאי הוא פשוט יותר כי דורש שילוב מים זה יהיה זמין במהלך הפיצות עבודה.

תפקיד האדמיקסרים בהנדסת מבנה

תרכובות כימיות חיוניות להשגת איכות גבוהה LWC.0 סוכנים (EAs) ⁇ FLT:1 משמשים כדי ליצור בכוונה את החללים הקטנים והיציבותיים מיקרוסקופיים הדרושים להגנה על הקפאה.

(ב) ⁇ :0) מקטין מים לטווח גבוה (על-פלסטיקרים) אנדרפטים 1:1 הם קריטיים להשגת יכולת העבודה הנדרשת ביחס נמוך w/cms.הם מסייעים לפזר את חלקיקי הבטון, צמצום הביקוש למים ופודורי קפילרי.FLT:2Viscosity-modifying admixtures (VMAs)FLT3, לעתים קרובות משמשים למניעת הפרדה בין חלקיקים קלים יותר למחזור הדם.

טכנולוגיות מתקדמות וטכניקות ייצור מתקדמות

Autoclaved Aerated Concrete (AAC) ו- Foamed Concrete

טכנולוגיות אלה מייצגות את הקצה הקיצוני של נקבוביות מונדסית. AAC הוא חומר בניין מתוכנן במפעל שבו אבקת אלומיניום נוספה לפיסת מלט, גיר, חול ומים.האלומיניום מגיב עם אלקלאס כדי ליצור גז מימן, יצירת מבנה תא עם כ-70-80% של חללי אוויר.החומר הוא אז משועבד תחת לחץ גבוה ומזרז את היווצרות של רפיח, נותן כוח חום יוצא דופן.

בטון פועם, או בטון סלולרי, מיוצר באתר או במפעל precast על ידי ערבוב קצף pre-formed מראש (מאורגן מ סוכן קצף) לתוך מרגמה מלטי או בטון.חומר המתקבל יכול להיות בעל שיניים החל מ 400 עד 1600 ק"ג / m3, עם נקבוביות מוכתב לחלוטין על ידי נפח של קצף הציג.

פתיחות פנימית: שימוש בפורוזיות כדי להילחם

אחד הקידומים המשמעותיים ביותר בטכנולוגיה קונקרטית הוא השימוש המכוון של ⁇ מצטבר כמו מאגרים מים פנימיים.בביצועים גבוהים עם יחס נמוך מאוד w / ס"מ, את היכולת של העבר הוא כל כך נמוך כי מים מחוספס חיצוני לא יכול לחדור אל פנים של הבטון.

אגצרים קלים מועדפים מספקים פתרון.על ידי החלפת חלק מהמצטברות במשקל נורמלי עם צנצפים קלים רוויים, הבטון מסופק עם "טנקים מים" פנימיים, כמו הלחות היחסית הפנימית טיפות במהלך היממה, המים נמשכים מן הנקבוביות המצטברת על ידי מתח קפילארי, שמירה על רמה גבוהה של hydration וחיסול כווץ אוטומטי.טכניקה זו אינה מגבירה / חום / חום או חום חזק יותר של נוזל חום, כי הוא חזק יותר של נוזל חום חזק יותר.

יישומים מעשיים ברחבי תעשיית הבנייה

בניינים גבוהים וצמצום עומס המתים המבני

הסיבה המשכנעת ביותר לשימוש ב-LWC מבני בניינים גבוהים היא ההפחתה של עומס מת.הפחתה של 20-30% במשקל של לוחות הרצפה ותמיכה בעמודות מתרגמות לחיסכון משמעותי בגודל הבסיס, חיזוק העמודה, ודרישות מערכת העליות של עומס מאוחר יותר, זה יכול להפחית את עלויות הבנייה הכוללות ב-10-15% עבור מבני פלדה גבוהים ואפילו יותר עבור מבנים קונקרטיים.

גשר דקים, שיקום ומבנה הנחתים

בבניית הגשר, LWC מאפשר להאריך את אורך העיגולים ארוכים יותר, או הרחבה של סיפון קיימות ללא חיזוק מבנה המשנה.שימוש ב- LWC עבור הסיפון מפחית את העומס המת על הגמדים, ומאפשר להם לשאת עומס חי יותר או להאריך הלאה.ארה"ב השתמשה ב-LWC באלפי סיפון גשר מאז שנות החמישים, עם רשומות מצוינות.

בניית Envelopes and Energy-Efficient Design

מעבר ליישומים מבניים, תכונות תרמיות של LWC הופכות אותו לחומר אידיאלי עבור מעטפות בנייה. קירות קסט-אין-במקום LWC, לוחות הטיה, ויחידות LWC מנדריות מספקות מעטפת בנייה חזקה, יציבה ויעילה מבחינה תרמית. על ידי שילוב יכולת מבנית עם בידוד טבועה, LWC יכול לחסל את הצורך בשכבות בידוד נפרדות באקלים מסוים, לפשט פרטים מבניים ולצמצם את הפחתת יכולת הפחתת הפחתת הגמישות.

מיפוי: בדיקות ושיטות ניתוח

באופן מדויק מדידת porosity חיונית עבור איכות בקרת ביצועים חיזוי.השיטה הסטנדרטית ASTM C642 היא כלי עיקרי, מתן מדידה מעשית של מים;0absorbed, כוח הכבידה הספציפית ביותר, ונפח של חללים חד-משמעיים FLT:1 זה כרוך תנור יבש, ריצוף, ומדווה את הדגימה קונקרטית זה.

לניתוח מפורט יותר של חלוקת גודל pore, FLT:0Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) FLT:1 משמש כספית כוחות MIP (נוזל לא מרתיע) לתוך המבנה הנקבובי תחת לחץ גובר.לחץ הנדרש כדי לטרד פורה הוא פרופורציונלי לגודלו, המאפשר חישוב של צינורות מ 0.003 למיקרומטר הוא חיוני עבור מיקרומטר.

(FLT:0) scanning אלקטרון מיקרוסקופיה (SEM)FLT) 1 מספק ראיות חזותיות ישירות למבנה הפודר, המורפולוגיה של מוצרי הידבקות, ואת איכות ITZ. זה מאפשר למהנדסים לראות את ההבדל בין פס צפוף, מכווייב היטב ו ⁇ , ממטריקס פצח.

עתיד הירוסוס בתכנון Concrete

התפקיד של הנפיחות בטון משתנה מחומר טבועה האופייני למשתנה עיצוב מבוקר בדיוק.השאלה אינה "כמה כוח אבד עקב נקבוביות?", אלא "איזה מבנה פואר ספציפי נדרש כדי להשיג את פרופיל הביצועים המדויק הדרוש ליישום זה?"

טכנולוגיות מתפתחות דוחפות את הרעיון הזה עוד יותר.FLT:0Graded porosityFLT:1 ב בטון מודפס 3D מאפשר אלמנט מבני יחיד יש חיצוני צפופה ובלתי ניתן להשגה עבור עמידות ו ⁇ , תוך שימת לב לביצועים תרמיים יותר.