Konkrit

Sejarah

Orang Assyria dan Babylon menggunakan selut sebagai simen dalam konkrit mereka. Mesir Purba menggunakan simen batu kapur dan gipsum. Semasa Empayar Rom, konkrit dihasilkan dengan menggunakan campuran quicklime, abu pozzolanic / pozzolana dan aggregate yang diperbuat daripada pumice yang menyerupai konkrit simen Portland moden. Pada tahun 1756, Seorang jurutera British, John Smeaton mengasaskan penggunaan simen Portland dalam konkrit, menggunakan batu kelikir dan serbuk bata sebagai aggregate. Pada masa kini penggunaan bahan dikitar sebagai bahan konkrit semakin popular kerana undang-undang alam sekitar yang semakin ketat. Yang paling menonjol diantaranya adalah abu terbang (fly ash), keluaran sampingan kilang janakuasa arang batu. Ini memberi kesan besar dengan mengurangkan jumlah kuari dan tempat pembuangan sampah yang diperlukan.
Ciri-ciri konkrit telah diubah semenjak zaman Rom dan Mesir, apabila ia didapati menambah abu gunung berapi kepada campuran membenarkannya mengeras di bawah air. Sama juga, orang-orang Rom mengetahui bahawa menambah bulu kuda menjadikan konkrit kurang mengucup semasa mengeras, dan menambah darah menjadikannya tahan fros. Pada masa kini penyelidik telah menambah bahan lain bagi mencipta konkrit yang amat kuat, ringan, malah konkrit yang mampu mengalirkan eletrik.

Komponen konkrit

Komponen konkrit ditentukan pada awalnya semasa campuran dan akhirnya semasa menuang konkrit. Jenis struktur yang dibina dan kaedah pembinaan menentukan bagaimana konkrit diletakkan dan dengan itu menentukan komposisi campuran.

Simen

Simen Portland merupakan simen paling biasa digunakan. Ia merupakan bahan asas bagi konkrit, mortar pembinaan dan plaster. Jurutera British, Joseph Aspdin mepaten simen Portland pada tahun 1824, dan ia dinamakan sempena tebing batu kapur di Kepulauan Portland Isle of Portland di England disebabkan warnanya, menyerupai batu yang dikuari di situ. Ia terdiri daripada campuran kalsium oksida, silikon dioksida dan aluminum oksida. Simen Portland dan bahan seumpamanya dihasilkan dengan memanaskan batu kapur (sumber kalsium) dan selut dengan mengiling bahan ini (dikenali sebagai klinker), dengan sumber sulfate (biasanya gypsum). Apabila bercampur air ,serbuk yang terhasil akan membentuk hidrate pepejal selepas tempoh tertentu.
Aplikasi suhu tinggi, seperti oven batu-bata dan seumpamanya, pada kebiasaannya memerlukan penggunaan konkrit pantulan, disebabkan konkrit berasaskan simen Portland mampu musnah atau dirosakkan oleh suhu tinggi, tetapi konkrit refraktori (refractory concretes) mampu tahan keadaan seperti itu.

Air

Air boleh digunakan bagi menghasilkan konkrit. Nisbah air berbanding simen ( w/c ratio - water to cement) merupakan faktor utama menentukan kekuatan konkrit. Nisbah w/c akan menghasilkan konkrit yang lebih kuat, sementara nisbah w/c lebih tinggi menghasilkan konkrit dengan kekuatan yang kurang.  Paste simen merupakan bahan yang terbentuk hasil campuran air dan bahan bersimen; iaitu bahagian konkrit tanpa agregat atau sokongan. Kelenturan atau kelikatannya ditentukan oleh kandungan air, jumlah kandungan pes simen dalam campuran keseluruhan dan ciri-ciri fizikal (saiz maksima, bentuk dan gred) agregats.

Agregats

Campuran air dan simen mengeras dan semakin kukuh dalam tempoh tertentu. Untuk mendapatkan penyelesaian yang ekonomik dan pratikal, kedua-dua agregat halus dan kasar digunakan bagi membentuk sebahagian besar campuran konkrit. Pasir, anak batu dan batu kelikir merupakan bahan utama yang digunakan bagi tujuan ini. Bagaimanapun, ia semakin menjadi kebiasaan bagi agregat dikitar semula (dari sisa pembinaan, perobohan dan pembongkaran) untuk digunakan sebagai sebahagian penggantian agregat semulajadi, sementara sebahagian agregat bahan sampingan industri, termasuk sanga (sisa) relau bagas dingin udara (air-cooled blast furnace) dan abu bawah adalah juga dibenarkan.
Batu perhiasan seperti kuarza, anak batu sungai atau serpihan kaca kadang kala ditambah kepada permukaan konkrit sebagai perapian "agregat terdedah" akhir, popular dikalangan pereka penghias laman.

Ciri-ciri

Semasa hidration dan pengerasan, konkrit perlu membentuk ciri-ciri fizikal dan kimia tertentu. Antara lain adalah kekuatan mekanikal, ketelusan kelembapan yang rendah, dan kestabilan kimia dan volumetrik adalah perlu.

Kebolehkerjaan (Workability)

Kebolehkerjaan (atau kelikatannya) adalah kebolehan campuran konkrit baru untuk mengisi bentuk / membentuk dengan sempurna dengan bentuk yang diingini (getaran) dan tanpa mengurangkan kualiti konkrit. Kebolehkerjaan bergantung kepada kandungan air, campuran tambahan (admixtures) kimia, agregat (taburan bentuk dan saiz), kandungan simen dan tempoh (tahap penghidratan). Meningkatkan kandungan air atau menambah campuran tambahan kimia akan meningkatkan kebolehkerjaan konkrit. Air berlebihan akan mendorong peningkatan penyingkiran air (air permukaan) dan / atau pemisahan agregat (apabila simen dan agregat mula berpisah), mengakibatkan konkrit yang bermutu rendah. Pengunaan agregat dengan gred yang tidak diingini boleh menhasilkan campuran kasar dengan kadar mendak rendah, yang tidak boleh dijadikan mudahkerja dengan tambahan air yang bersesuaian.
Kebolehkerjaan boleh diukur dengan "ujian turun", satu ukuran mudah bagi menguji kelikatan campuran simen baru menurut ujian piawai ASTM C 143 atau EN 12350-2. Kemendakan biasanya diukur dengan mengisi satu "kon Abrams" dengan suatu sampel dari satu kumpulan baru campuran simen. Kon diletakkan dengan bahagian lebar pada satu permukaan tidak menyerap. Apabila kon diangkat naik, konkrit yang tinggal akan tumbang pada jumlah tertentu akibat tarikan graviti. Suatu sampel yang kering akan mendak sedikit sahaja, sekitar satu atau dua inci (25 atau 50 mm). Satu campuran simen agak basah mungkin mendak sehingga enam atau tujuh inci (150 to 175 mm).
Kemendakan boleh ditingkatkan dengan mencampur bahan kimia seperti agen pengurang air (super pemplastikan) tahap-tengah atau tahap-tinggi tanpa mengurangkan nisbah air/simen. Ia adalah tabiat tidak selok bagi menambah air tambahan pada pengaul konkrit. Konkrit cair seperti konkrit mengemas diri (self-consolidating), diuji dengan kaedah mengukur aliran lain. Salah satu kaedah termasuk meletakkan kon pada bahagian kecil dan memantau aliran melalui kon sementara ia diangkat perlahan-lahan.

Konkrit mampat giling

Konkrit mampat giling, kadangkala dikenali sebagai rollcrete, adalah satu konkrit kaku kandungan simen rendah yang diletakkan dengan menggunakan teknik yang dipinjam daripada kerja tanah dan penurapan. Konkrit diletakkan pada permukaan yang hendak dilitupi, dan ia dipadatkan pada tempatnya dengan menggunakan jengiling (jentera pengiling), penggolek berat besar yang lazimnya digunakan dalam kerja tanah. Campuran konkrit ini mencapai kepadatan tinggi dan akan mengeras bagi membentuk satu kepingan blok yang teguh.  Konkrit mampat giling lazimnya digunakan untuk turapan konkrit, tetapi juga digunakan untuk membina empangan konkrit, kerana kandungan rendah simen menghasilkan kurang haba semasa pengerasan berbanding kebiasaanya bagi penuangan konkrit biasa yang banyak.

Pengukuhan konkrit

Bagi mengukuhkan lantai konkrit, pengeras lantai (floor hardening) boleh digunakan dalam perapian terakhir lantai konkrit. Pengeras lantai menawarkan pengukuhan tambahan pada kos yang jauh lebih rendah. Ia juga boleh digunakan bagi mengukuhkan lantai konkrit sedia ada, dengan itu mengelak keperluan bagi menggantikan lantai konkrit yang baru.
Selain itu kesemua bahan berasaskan simen mengeras apabila air ditambah kepadanya dan proses pengeringan bermula. Pengeringan optima simen berlaku dalam tempoh 28 hari. Pada awalnya kekuatan terbentuk agak pantas; simen mencapai 50% kekuatannya dalam tempoh 3-5 hari. Bagaimanapun, kekuatan jangka panjang simen didapati dalam tempoh 28 hari dan memerlukan kelembapan bagi mencapai kekuatan optimanya. Oleh itu ia amat penting bagi pembina bagi memahami kaedah perapian (curing) bahan berasaskan simen.