TECHNOLOGIA BETONU

Betony wysokowartościowe
BWW

KRZYWA ROZWOJU BETONU

BETONY NOWEJ GENERACJI

‰

Betony wysokowartościowe - BWW

High-Prerformance Concrete – HPC

‰

Fibrobetony (włóknobetony)

‰

Lekkie betony wysokowartościowe

– LBWW

Lightweight Agreggate High-Performance Concrete –

LWA/HPC

‰

Betony wysokowartościowe

samozagęszczalne – BWWS

Self Compacting High-Performance Concrete – SC/HPC

BETONY

WYSOKOWARTOŚCIOWE

PODZIAŁ ZE WZGLĘDU NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCISKANIE:

†

Beton wysokowartościowy – BWW

High-Strength Concrete (HSC)/High-Performance Concrete (HPC)

klasy > C50/60 – B100

†

Beton bardzo wysokowartościowy –

BBWW

Very High-Performance Concrete (VHPC)

klasy B100 – B 150

†

Beton ultra wysokowartościowy –

BUWW

Ultra-High-Performance Concrete (UHPC)

klasy powyżej B 150

†

Beton, w którym jedna lub więcej cech

charakterystycznych została udoskonalona

przez odpowiedni dobór składników.

†

Beton o niskim wskaźniku wodno-

cementowym, lub wodno-spoiwowym i

zoptymalizowanym wskaźniku kruszywo-

składnik wiążący.

†

Beton, w którym pojawia się skurcz

samoczynny, gdy beton nie jest on

odpowiednio pielęgnowany.

BETONY BWW - DEFINICJE

JAK UZYSKAĆ BWW?

†

Redukcja wody zarobowej

(superplastyfikatory)

†

Stosowanie wysokiej jakości cementów i

kruszyw

†

Wprowadzenie do składu aktywnych

mikrowypełniaczy (pył krzemionkowy)

†

Utrzymanie bardzo wysokiego reżimu

technologicznego w procesie wytwarzania,

transportu i układania mieszanki betonowej

†

Pielęgnacja świeżego betonu

CECHY CHARAKTERYSTYCZNE

BWW

‰

W/C < 0,4

‰

Wytrzymałość na ściskanie po 28

dniach co najmniej 60 MPa

‰

Dobra urabialność utrzymywana

co najmniej przez 1 godz.

‰

Duża trwałość związana ze

szczelnością

SKŁAD BWW I BBWW

†

Cement, Kruszywo, Woda

† Uzupełniające materiały wiążące
† Superplastyfikatory

Współczynnik W/S

W/S = 0,40 – 0,35 f

C

= 50 –75 MPa

W/S = 0,35 – 0,30 f

c

= 75 – 100 MPa

W/S = 0,30 – 0,25 f

c

= 100 – 125 MPa

W/S = 0,25 – 0,20 f

c

> 125 MPa

†

Cement

Klasy: CEM I 42,5; CEM I 52,5 i wyższe
Ilość: od 400 do 550 kg/m

3

,

a przy BUWW nawet powyżej 700 kg/m

3

†

Kruszywo

Max. średnica ziaren 20 mm

Im wyższa projektowana wytrzymałość tym mniejsza

max. średnica ziaren
Wskaźnik uziarnienia piasku 2,7 – 3,0

DOBÓR SKŁADNIKÓW

UZUPEŁNIAJĄCE

MATERIAŁY WIĄŻĄCE

†

Pyły krzemionkowe

od 3,0 do 10,0 % masy cementu,

†

Popioły lotne

od 10 do 30 % masy cementu,

tylko do klas < B 100,

†

Granulowany żużel wielkopiecowy

od 15 do 30 % masy cementu

ale z jednoczesnym użyciem 10 % pyłów

krzemionkowych,

tylko do klas < B 100

†

Metakaolin, popiół z łusek ryżowych, pył wapienny

SUPERPLASTYFIKATORY

Głównym celem użycia jest:

†

zwiększenie ciekłości mieszanki betonowej

lub zaprawy bez zmiany składu (W/C=

const),

†

zwiększenie wytrzymałości betonu przy

redukcji ilości wody (efekt redukcji

wskaźnika W/C z zachowaniem konsystencji

wyjściowej),

†

mniejsze zużycie cementu bez uszczerbku

dla wytrzymałości i urabialności mieszanki

betonowej (z jednoczesną redukcją ilości

wody zarobowej o 30 ÷ 40%, W/C= const).

SUPERPLASTYFIKATORY

‰

Ilość: od 0,5 do 2 % masy cementu,

‰

Dobór ilości i rodzaju Sp z uwagi na

kompatybilność z cementem

‰

Minimalna ilość wody

Badanie czasu

wypływu zaczynu

ze stożka Marsha

Punkt nasycenia Sp[%]

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Ilość wody [l/m

3

]

120-125

125-135

135-145

145-155

155-165

DOBÓR SPOIWA

Betony do B 100 (B 75)

•

tylko cement

•

cement + popiół lotny

•

cement + pyły krzemionkowe

•

cement + żużel + pyły krzemionkowe

•

cement + popiół + pyły krzemionkowe

Betony powyżej B 100 (B 75)

•

cement + pyły krzemionkowe

PYŁY KRZEMIONKOWE

Ogólne równanie hydratacji cementu można

zapisać w postaci

:

Cement + woda → C-S-H (żel) + Ca(OH)

2

+ gliniany

Dodanie do cementu pyłów krzemionkowych

pozwala uzyskać drugą fazę CSH i zmniejszyć

ilość niepożądanego rozpuszczalnego Ca(OH)

2

SiO

2

+ x ⋅ Ca(OH)

2

+ y ⋅ H

2

O →

x ⋅ CaO ⋅ SiO

2

⋅ (x + y) H

2

O

PROJEKTOWANIE

SKŁADU BWW

METODY DOŚWIADCZALNE

†

Równanie Bolomey’a

nieaktualne

,

gdyż C/W > 2,8

†

Równanie konsystencji

nieaktualne

, ponieważ stosuje się

domieszki upłynniające

†

Równanie szczelności –

aktualne!

Wzór de Larrard’a

(

)

2

28

/

11

exp

4

,

0

4

,

1

/

1

,

3

1

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

−

+

=

C

Pk

C

W

K

K

f

c

k

c

gdzie:

K

k

– współczynnik uwzględniający wpływ rodzaju

stosowanego kruszywa (przyjmuje się K

k

= 4,9)

K

c

– rzeczywista wytrzymałość cementu [MPa]

W/C – wskaźnik wodno-cementowy

Pk/C – zawartość pyłu krzemionkowego w stosunku do

masy cementu

SKURCZ BETONU

†

skurcz plastyczny

†

skurcz samoczynny,

samorodny, autogeniczny

†

skurcz betonu wysychającego,

†

skurcz termiczny,

†

skurcz karbonatyzacyjny,

SKURCZ BWW

†

Skurcz całkowity – mniejszy

†

Skurcz samoczynny –większy !

Skurcz samoczynny betonu w zależności od współczynnika W/C

PIELĘGNACJA BWW

†

Aby ograniczyć skutki wzrostu temperatury

i zmian objętościowych w początkowym

okresie wiązania i twardnienia BWW trzeba

możliwie jak najwcześniej rozpocząć wodną

pielęgnację betonu.

†

Jest ona ważna z dwóch powodów:

umożliwia hydratację jak największej ilości

cementu i minimalizuje wartość skurczu

samoczynnego.

†

Tak jak w przypadku betonów zwykłych

pielęgnacja wodą jest zalecana, tak w

przypadku BWW jest ona niezbędna.

SPOSOBY PIELĘGNACJI

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE

†

W betonach zwykłych najsłabszym

ogniwem jest stwardniały zaczyn

cementowy i strefa przejściowa wokół

ziaren kruszywa grubego.

†

W betonach wysokowartościowych, w

związku ze zwiększoną zdecydowanie

wytrzymałością stwardniałego zaczynu

cementowego, zanika strefa przejściowa

między zaczynem i grubym kruszywem,

które staje się najsłabszym ogniwem w

betonie, co przejawia się w przechodzeniu

rys właśnie przez ziarna grubego kruszywa.

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE

†

Mniejsza różnica między sztywnością

matrycy i kruszywa w BWW w porównaniu

do betonów zwykłych zwiększa

jednorodność rozkładu naprężeń, tworzy się

mniej mikrorys, co przejawia się bardziej

gwałtownym pękaniem.

†

Przyrost wytrzymałości na rozciąganie jest

relatywnie mniejszy, co świadczy o większej

kruchości BWW.

†

Moduł sprężystości większy

†

Pełzanie mniejsze

ODPORNOŚĆ BWW

†

Odporność ogniowa jest mniejsza niż

betonu zwykłego ze względu na niską

przepuszczalność, co uniemożliwia

odprowadzenie pary powstałej z wody

zawartej w uwodnionym zaczynie w

czasie pożaru, (pożary w tunelach)

†

Zwiększona odporność betonu na

reakcję alkalia-krzemionka.

ODPORNOŚĆ BWW

†

Zwiększona odporność na wpływy

klimatyczne i oddziaływania środowisk

agresywnych.

†

Odporność na ścieranie BWW jest bardzo

dobra dzięki wysokiej wytrzymałości i

dobrej przyczepności między kruszywem i

matrycą

†

Przyczepność betonu do zbrojenia jest

około 40% większa niż w przypadku

betonów zwykłych.

ZALETY BWW

†

podwyższenie trwałości

†

zmniejszenie ciężaru własnego

konstrukcji

†

zwiększenie wczesnej wytrzymałości

betonu umożliwiające szybsze obciążenie

konstrukcji

†

zwiększenie wytrzymałości, pozwalające

na projektowanie smuklejszych i lżejszych

konstrukcji

†

poprawa urabialności i pompowalności

betonu

ZALETY BWW

‰

większa odporność na ścieranie i

agresję chemiczną

‰

nowe możliwości konstrukcyjne

(większa rozpiętość przęseł, mniejsze

przekroje słupów, większe powierzchnie

pomieszczeń, itp.)

‰

zmniejszenie zużycia materiałów

‰

niższe koszty utrzymania obiektów

‰

walory estetyczne

‰

niższe koszty całkowite

ZASTOSOWANIE BWW

†

Mosty

†

Platformy wiertnicze

†

Budynki wysokie

†

Płyty i nawierzchnie

†

Beton architektoniczny

(elewacyjny)

†

Tunele

†

Obiekty hydrotechniczne

†

Elementy prefabrykowane