Table of Contents
מבוא ל ASTM C150 ותפקידו בבנייה מודרנית
פורטלנד מלט נשאר חומר בניין הנפוץ ביותר ברחבי העולם, המשמש כקושר הראשי בטון, מרגמה ו grout. האמינות של מבנים קונקרטיים - ממגדלים גבוהים ועד גשרים מהירים - תלוי ישירות על איכות מלט המשמש.האגודה האמריקנית לבדיקת חומרים (ASTM) C150 מפרט קובע את ה-מידה עבור איכות מלט פורטלנד בארצות הברית ומדינות רבות אחרות.
הבנת המורכבות של ASTM C150 חיונית למהנדסים, לדגימות ולאנשי בנייה המבקשים למקסם את תוחלת החיים וביצועים של מבנים קונקרטיים. מאמר זה מספק חקירה מקיפה של ASTM C150, המכסה את ההיסטוריה, סוגי מלט, דרישות כימיות ופיזיות, בדיקות פרוטוקולים, והשלכות עולם האמיתיות של עמידות בנייה.
היסטוריה ופיתוח של ASTM C150
ASTM C150 פורסם לראשונה בשנת 1947, מתפתח ממפרט ASTM מוקדם יותר כגון C9 ו- C10. תקן שופץ פעמים רבות כדי לשלב התקדמות בכימיה מלט, תהליכי ייצור ושיטות בנייה.הגרסה הנוכחית, ASTM C150/CM-22, כוללת מקבילות מטריות ומשקף עשרות שנים של מחקר על התנהגות מלט ועמידות.
הפיתוח של ASTM C150 היה מונע על ידי הצורך בציון אחיד שיאפשר למהנדסים לציין מלט עם ביטחון.לפני ההקדמה שלו, איכות מלט מגוונת באופן נרחב על פני יצרנים, המוביל לביצועים קונקרטיים בלתי צפויים.אימוץ תקן סייע לתקינה את התעשייה והניח את הבסיס לתוכניות אבטחת איכות מודרניות.היום, ASTM C150 מוכר ברחבי העולם ומשמש כבסיס לסטנדרטים לאומיים רבים, כולל AASH85 MTO197 וחלקי EN 197.
בהקשר היסטורי נוסף, ראה (FLT:0)ASTM C150/C150M Standard Specification for Portland CementveFLT:1.
סוגים של פורטלנד Cement מכוסה על ידי ASTM C150
ASTM C150 מגדיר שמונה סוגים של מלט בפורטלנד, כל אחד מותאם לתנאי חשיפה ספציפיים לדרישות יישום.הבנת ההבדלים בין הסוגים הללו היא קריטית לבחירת מלט המתאים לפרויקט נתון.
סוג I - מטרות כלליות
סוג I מלט הוא הסוג הנפוץ ביותר המשמש בבנייה כללית שבו אין תנאי חשיפה מיוחדים קיימים.זה מתאים לריצוף, קומות, מבנים קונקרטיים, גשרים, טנקים, מוצרי precast. Type I מספק שילוב מאוזן של רווח כוח, עבודה, וחסכוניות.הכוח הדחיסה האופייני שלה מגיע בערך 3,000 psi (20.7 MPa) ב 7 ימים ו -4,000 psi (27.6a) ב 28 ימים תחת תנאים סטנדרטיים.
סוג IA - Air-Entraining General Purpose
סוג IA זהה לטיפוס I למעט זה כולל סוכן אווירי.אוויר-האימונים משפר את ההתנגדות הקפאה-הפעלה על ידי הצגת בועות אוויר מיקרוסקופיות שמקלות לחץ פנימי מיווצרות קרח.סוג זה משמש באופן נרחב באקלים קר לריצוף, לוחות גשר ומבנים חשופים.
סוג II - Moderate Sulfate Resistance
סוג II מלט נועד להתנגד התקפה sulfate מתון, מה שהופך אותו מתאים מבנים חשופים אדמה חולפת או מי קרקעיים. זה גם מייצר חום נמוך יותר של hydration בהשוואה לטיפוס I, אשר מועיל יישומים קונקרטיים המוניים כגון סכרים וקרנות גדולות שבו סדק תרמי הוא דאגה.
סוג IIA - Air-Entraining Moderate Sulfate Resistance
סוג זה משלב את ההתנגדות המסולפת המתונה של סוג II עם אימון אווירי עבור עמידות קפואה.זה נפוץ במבנה תת-קרקעי גשר, שמירה על קירות, ותשתיות אחרות שנחשפו הן לחות והן מחזורי הקפאת.
סוג III - High early Strength
מלט מסוג III מספק כוח גבוה יותר בגיל מוקדם יותר, בדרך כלל השגת 7 ימים כוחות דומים לחוזקות מסוג I 28 יום.הוא מיוצר על ידי שחיקה קנס יותר והתאמה של ההרכב הכימי כדי להאיץ את ההייבשות.יישומים כוללים בנייה מהירה, תיקון קר-החלון, תיקונים חירום, וייצור טרום-טק שבו יש צורך בהסרה מוקדמת של הטופס.
סוג IIIA - Air-Entraining High First Strength
שילוב של כוח מוקדם גבוה עם אימון אוויר, סוג IIIA משמש לשפוך קר-האבי הדורש גם עלייה מהירה כוח והתנגדות קפואה.
סוג IV - חום נמוך של הידרציה
סוג IV מלט נועד למזער את החום שנוצר במהלך היממה, מה שהופך אותו אידיאלי עבור מבנים מסיביים כגון סכרים גדולים וקרנות עבות. אבולוציה חום נמוכה שלה מפחית את הסיכון של סדקים תרמיים.עם זאת, סוג IV מתפתח גם כוח לאט יותר והוא פחות נפוץ; זה בדרך כלל מיוצר רק כאשר הורה במפורש.
סוג V - High Sulfate Resistance
סוג V מלט מספק את הרמה הגבוהה ביותר של התנגדות סולפטת ומשמש בסביבות עם חשיפה sulfate חמורה, כגון בניית מים ימיים, מבנים ימיים, וקרנות ב אדמה עשירה מאוד (מעל 0.2% SO4).יש לו תוכן משולש נמוך (C3A) נמוך, בדרך כלל מתחת ל 5%, אשר מגביל את היווצרות של ספקטרום רחב.
השוואה מפורטת של סוגי מלט ניתן למצוא ב-FLT:0Portland Cement Association - סוגים של CementFLT:1.
דרישות קומפוזיציה כימית
ASTM C150 מפרט גבולות מדויקים על המרכיבים הכימיים העיקריים של מלט פורטלנד.הרכב הכימי משפיע ישירות על הגדרת התנהגות, פיתוח כוח, עמידות, תאימות עם חומרים אחרים.
Tricalcium Silicate (C3S)
C3S הוא המתחם העיקרי של כוח-העוצמה בפורטלנד מלט, האחראי על הכוח המוקדם והסופי. ASTM C150 אינו מגדיר גבול ישיר על C3S, אך הוא משפיע על הגבולות על תרכובות אחרות.תוכן C3S גבוה מוביל לרווח כוח מהיר יותר ואבולוציה חום גבוהה יותר.
Dicalcium Silicate (C2S)
C2S תורמת לכוח מאוחר יותר (מעבר 28 ימים) ומייצר פחות חום מאשר C3S. התוכן שלה אינו מוגבל ישירות, אך מושפע מהמגבלות המפורטות על תחמוצות אחרות.תוכן C2S גבוה יותר משפר את העוצמה והעמידות לטווח ארוך.
Tricalcium Aluminate (C3A)
תוכן C3A נשלט באופן ביקורתי משום שהוא משפיע על ההגדרה המוקדמת, על התפתחות החום ועל ההתנגדות המסולפת.עבור סוג II, C3A חייב להיות בין 0% ל 8% (התנגדות sulfate), בעוד שעבור סוג V הוא מוגבל למקסימום של 5%. C3A גבוה עולה פגיעות להתקפה סולפטית ויכול לגרום לבעיות עם כמה מערוכים כימיים.
Tetracalcium Aluminoferrite (C4AF)
תוכן C4AF משפיע על צבע ותורם לכוח, אך פחות קריטי עבור עמידות. ASTM C150 אינו מגדיר גבול ישיר עבור C4AF, אך הוא מוגבל על ידי סכום C3A + C4AF ב סוגים מסוימים.
מגנזיום Oxide (MgO)
תוכן תחמוצת מגנזיום מגנזיום מוגבל ל-6% מקסימלי כדי למנוע התרחבות מאוחרת עקב התייבשות periclase, אשר יכול לגרום שנים סדקים לאחר מיקום.
Sulfur Trioxide (SO3)
תוכן SO3 נשלט על מנת להבטיח הגדרה נכונה ולמנוע התרחבות מופרזת מייצור ettringite.הגבול תלוי בתוכן C3A, עם C3A גבוה יותר המאפשר יותר SO3 (עד 3.5% עבור C3A > 8%).
אובדן בורות (LOI)
LOI מודד את כמות הפחמן הדו חמצני והמים שאבדו כאשר מלט מחומם. A גבוה LOI מציין זיהום מפחמן או לחות, אשר יכול להפחית את איכות מלט. AS C150 גבולות LOI ל 3.0% עבור כל סוגי למעט כאשר זבובים בין הקרקע עם clinker מותר (עד 5%).
Insoluble Residue
שאריות בלתי פתורות מטיפול בחומצה לא יעלה על 0.75% (או 1.0% עבור מלט עם אבן גיר בין-קרקעי) כדי להימנע מחומרים לא רצויים נוספים שחלשים את הכבל.
ניתוח כימי מבוצע עבור ASTM C114, שיטות בדיקה סטנדרטיות לניתוח כימי של Cement hydroulic.
דרישות רכוש פיזיות ובדיקה
ASTM C150 מטיל מגבלות מחמירות על תכונות פיזיות המשפיעות ישירות על עמידות הבנייה.מבחנים אלה מבטיחים שהמלט יבצע באופן אמין בתנאי שדה.
יופי
העדינות נמדדת כשטח משטח ספציפי (שיטה של אוויר בלייין) ובדרך כלל בין 350 ל-400 מ"ר / ק"ג עבור סוג I. Finer שחיקה מאיצה לחות וכוח מוקדם, אך יכולה להגדיל את הביקוש למים וצמצום.הסטנדרט מפרט קנסות מינימלית עבור סוגים מסוימים (למשל, סוג III דורש לפחות מ"2 / ק"ג).
קביעת זמן
קביעת זמן נקבעת באמצעות מנגנון ויסאט (ASTM C191).המערכת הראשונית לא צריכה להתרחש לפני 45 דקות, ומערכת סופית חייבת להיות בתוך 375 דקות לכל הסוגים.מגבלות הללו מבטיחות מספיק זמן לשילוב, תחבורה, הצבת, וסיום תוך מניעת תקופות המתנה ארוכות מדי.
קול
סאונד מודד את היכולת של מלט להדביק לשמור על נפח לאחר הגדרת.התרחבות בשל מלט לא ound יכול לגרום סדקים ונזק מבני. התרחבות Autoclave מוגבלת 0.80% מקסימום (ASTM C151).מבחן ⁇ אוטומטי מאיץ את ההתרחבות הפוטנציאלית מזיכיני חינם ולהגדיל את הגדלים.
כוח מדכא
כוח דחוס הוא הנכס הביצועים הקריטי ביותר של ASTM C (2 אינץ 'קוביה) או ASTM C198 (6x12 אינץ ' cylinder) שיטות משמשים את החוזקות המינימליות מוגדרות ב 1, 3, 7, ו 28 ימים לכל סוג. לדוגמה, סוג אני חייב להשיג לפחות 1,740 psi (12.7 MPa) 3 ימים ו 2,760 psi (190a) לפחות 1 ימים 1.2 ימים 1, 3.
חום של hydration
עבור סוג IV, חום ההייבשות מוגבל במיוחד ל 70 cal /g בשבעה ימים ו 80 cal /g ב 28 ימים (ASTM C186). שליטה זו מונעת סדקים תרמיים במבנים מסיביים.
תוכן אווירי של מורטאר
עבור סוגי אימון אוויר (IA, IIA, IIIA), התוכן האוויר של מרגמה חייב להיות בתוך 17% עד 23% כאשר נמדד על ידי ASTM C185.זה מבטיח הגנה נאותה של הקפאה.
עבור הליכים מפורטים של מבחן, מתייחס ל-FLT:0.ASTM C150 סטנדרט דף C150 סטנדרטי עמוד FLT:1.
השפעות על בניית יכולת
הודנטיות ל- ASTM C150 משפיעה ישירות על עמידות ארוכת טווח של מבנים קונקרטיים.כאשר מלט פוגש גבולות כימיים ופיזיים, המנגנונים המוצבים נגד מנגנוני התדרדרות אשר מובילים אחרת לכישלון מוקדם.
התנגדות להתקפות Sulfate
על ידי הגבלת תוכן C3A עבור סוגים II ו- V, ASTM C150 מפחית את היווצרות של ettringite מרחיב כאשר בטון נחשף לסביבות עשירות sulfate. זה מונע סדקים, ספיגה, ואובדן כוח בקרנות, מנהרות, ומבנים ימיים. מחקרים מראים כי באמצעות סוג V מלט באדמה גבוהה יכול להאריך את החיים על ידי סוג של סוג I.
הקפאת שיער -Thaw Durability
סוגי אימוני אוויר (IA, IIA, IIIA) משלבים חללים חשמליים מיקרוסקופיים שמקלים על לחץ מפני מים קפואים. דרישות התוכן האוויר של ASTM C150 מבטיחות מספיק ייבוש ללא הקרבת כוח.
בקרת סדקים
חוםו הנמוך של סוללת הייבוש עולה בטון המוני, צמצום הסיכון של סדקים מושרה תרמיים.אפילו עבור מבנים לא-מסיביים, באמצעות סוג IIFLT:0can לעזור לשלוט סדקFLT:1 בסעיפים עבים.הסדקים הפצחים הפצחים פשרה מבנית ומאפשרים למים וכורידים לחדור, מאיץ חיזוקים.
תגובה אלקטי-סיליקה (ASR) Mitigation
בעוד ASTM C150 אינו מגביל ישירות את אלקאליס, הוא מאפשר שימוש אופציונלי של מלט דל-אלקלי (אלטל אלקליס כ- ⁇ 0.60%) כאשר מצטברים תגובתיים נמצאים.זה עוזר למנוע ASR, אשר גורם למפה סדק והתרחבות.ספקן מלט דלת-לקלי הוא אסטרטגיה מיטיבה נפוצה באזורים עם אגרגמנטים מוכרים.
הגנה על קורוזיה לעוצמה
מלט באיכות גבוהה פורטלנד עם כימיה נאותה ובסדרות מייצר בטון צפופה, בלתי אפשרי כי מתנגד חדירה כלוריד.זה מגן על חיזוק פלדה מוטבע מן קורוזיה, גורם מוביל של גשר ומבנה החניה התדרדרות.
אינטגרליות וארוכות
כוח דחוס עקבי ממלט שצוין כראוי מבטיח כי חברים קונקרטיים יכולים לשאת עומסי עיצוב ללא חרטה מוגזמת או רתיעה. גבולות הקוליות למנוע התרחבות מאוחרת שיכולה להתפשר על קשר עם חיזוק.
ההשפעה הכלכלית משמעותית: השקעה במלטה של ASTM C150 מקטין את עלויות מחזור החיים עד 30% על פני חלופות מבוקרות גרועות, על פי מחקרים בתעשייה על עמידות תשתיות.
בקרת איכות והתאמה
ASTM C150 דורש כי יצרני מלט ליישם תוכניות בקרת איכות כדי לאמת תאימות.Sampling ובדיקות מבוצעות במפעל ובמעבדות עצמאיות.הסטנדרט גם קובע את הבסיס להסמכה של היצרן, ומאפשר למהנדסים לקבל מלט בהתבסס על דוחות בדיקה מוסמכים.
- ניתוח כימי יומי באמצעות צילומי רנטגן (XRF) או כימיה רטובה
- שקיפות בודקת כל 4 שעות של ייצור
- בדיקות כוח דיכאון בגילאים מוגדרים
- קביעת זמן וצלילות בודקים על כל ייצור
- אימות תוכן אווירי לסוגים של
יצרנים רבים מחזיקים הסמכה של צד שלישי מארגונים כמו Cement ו- Concrete Reference מעבדה (CCRL) כדי להבטיח דיוק בדיקה. עבור פרויקטים גדולים, בעלי דורש לעתים קרובות דוחות מבחן מילימטר ועשויים לבצע בדיקות אימות עצמאיות עבור ASTM C183, תרגול סטנדרטי עבור Sampling ואת כמות הבחינה של Cement hydroulic.
השוואה עם סטנדרטים אחרים
ASTM C150 הוא תקן הדומיננטי בצפון אמריקה, אך אזורים אחרים משתמשים במפרטים שונים.הבנת ההבדלים הללו מסייעת קבלנים בינלאומיים ומדגימים לשמור על עמידות ברחבי העולם.
AASHTO M85
AASHTO M85 (Standard Specification for פורטלנד Cement) הוא זהה למעשה ל- ASTM C150 אבל כולל דרישות נוספות עבור סוכנויות כבישיות ממשלתיות.AASHTO M85 עשוי להטיל מגבלות מחמירות יותר על תוכן אלקאלי ודורשות בדיקות תכופות יותר עבור תשתיות קריטיות.
197
תקן האירופי EN 197 מסווג מלט לתוך 27 סוגים על פני חמישה קטגוריות עיקריות (CEM I באמצעות CEM V) בעוד EN 197 מאפשר יותר מלט עם חומרים מלטיים משלימים (כמו זבוב אפר ו- slag), זה גם מתייחס לדרישות מבוסס ביצועים דומות ל- ASTM C150. EN 197 סוג I מלט תואם הדוק ל- ASTM150 סוג I, אבל בהבדלים במבחנים (למשל, כוח שנקבע על ידי תגמול) ללא ריאה 197.
תקן הודי הוא 12269
IS 12269 (53 Class רגיל פורטלנד Cement) מפרט מגבלות כימיות ופיזיות דומות בדרך כלל ל- ASTM C150 Type I, אך עם סף כוח שונה (53 MPa ב-28 ימים). תקן ההודי כולל גם דרישות אופציונליות עבור מלט דל-אלקאלי נמוך.
עבור פרויקטים המפרטים סטנדרטים מרובים, מהנדסים צריכים לאמת תאימות לשקול הדורש ASTM C150 כבסיס כדי להבטיח עמידות.
שיקולים של אחריות ו- ASTM C150
תעשיית הבנייה מתמקדת יותר ויותר בהפחתת פליטות פחמן.פורטלנד ייצור חשבונות עבור כ 8% מפליטת CO2 הגלובלית. ASTM C150 מותאם לתמוך בקיימות באמצעות הכללה של אבן גיר בין-קרקעית ב- IL ו- IT מלט, אם כי אלה מכוסים בסטנדרטים נפרדים (ASTM C595 ו- C1157). עם זאת, AS C150 עצמו נשאר ה-A.
יצרנים יכולים לציית ל- ASTM C150 תוך שימוש בדלקים חלופיים, אופטימיזציה תהליכים, ועומס יעילות גבוה כדי להוריד את טביעת הרגל הסביבתית שלהם.לדוגמה, באמצעות אבן גיר עם clinker (עד 5% המותרים ל- ASTM C150) מקטין את CO2 ללא ביצוע מקרי הקרבה.בנוסף, ציין סוג V או סוג II עם משאבים נמוכים C3A על ידי הרחבת השירות, ובכך להפחית את הצורך בתחליפים תכופים.
עבור יותר על שיטות מלט בר קיימא, ראה את FLT:0 לאומי מוכן האגודה - SustainentisofFLT 1
יישומים מעשיים ומקרים דוגמאות
פרויקטים בעולם האמיתי מראים את החשיבות של ASTM C150 תואם מלט עבור עמידות.
גשרי כבישים
בשיקום I-95 בדלאוור, מפגש הבטא מסוג II עם חום מתון והתנגדות סולפטית נקבע עבור כל מבני תת-קרקעי הגשר לאחר 15 שנים, בדיקה הראו סדקים מינימליים ולא מצוקה סולפטת, בעוד גשרים סמוכים שנבנו עם סוג גנרית I מלט נדרש תיקונים משמעותיים.הדרישות של ASTM C150 הייתה קשורה עם הרחבת השירות על ידי 20 שנים לפחות על פי המצב DOT.
מבנה הנחתים
הנמל של לוס אנג'לס שובר מים השתמש בטיפוס V מלט עבור כל האלמנטים קונקרטיים שנחשפו למים ים. ניטור רגיל מעל 30 שנים לא גילה שום הידרדרות של קורוזיה המושרה כלוריד או התקפה סולפטת, למרות החשיפה הקשה של הפרויקט הובילה לטיפוס V להפוך את ההפחתה של ברירת המחדל עבור בטון ימי באזור.
קרנות קונסולת המונים
עבור גשר הובר Dam עקף, מהנדסים ציינו את סוג IV מלט לשלוט סדק תרמי בפינים מסיביים. ניטור טמפרטורה הראה טמפרטורות שיא מתחת 70 מעלות צלזיוס (158 ° F), היטב בתוך גבולות בטוחים.
דוגמאות אלה מדגישות כי תאימות ספציפית אינה רק תרגיל נייר – היא משפיעה ישירות על ביצועי מבנים ועל עלויות הבעלים.
מסקנה
ASTM C150 פורטלנד Cement Standards הם סלע של עמידות בנייה בצפון אמריקה ומעבר לכך על ידי הגדרת יצירות כימיות מדויקות, תכונות פיזיות וקריטריונים ביצועים, תקן מבטיח כי יצרני מלט לספק מוצרים עקביים ואיכותיים העומדים בפני התקפה סביבתית, לחץ תרמי, עומס מכני מעל עשרות שנים של משאבי שירות.