Nowoczesne kierunki
w technologii betonu
Mariusz Saferna
Sebastian Kaszuba
BETOTECH Sp. z o.o.
1. Czym jest współczesna
technologia betonu?
2. Betony wysokowartościowe
(BWW)
3. Betony samozagęszczalne (SCC)
4. Betony RPC
5. Beton samoczyszczący
6. Beton przeźroczysty
7. Podsumowanie
Zakres prezentacji
Czym jest współczesna technologia
betonu?
Projektowanie
składu mieszanki
betonowej
Wytwarzanie
mieszanki
betonowej
Układanie i
zagęszczenie
mieszanki betonowej
Pielęgnacja
„świeżego”
betonu
Beton o żądanych
właściwościach fizyko-
mechanicznych przy
uwzględnieniu
kosztów i czasu
wykonania
Analiza
ekonomiczna
Kontrola
jakości
Rozwój betonu
Betony
wysokowartościowe
BWW
Właściwości, składniki
i zastosowanie
Definicja betonu wysokiej
wytrzymałości wg normy
PN-EN 206-1
Beton o wytrzymałości na ściskanie
wyższej niż
C 50/60
dla betonu o
normalnym ciężarze lub ciężkiego oraz
LC 50/55
w przypadku betonu lekkiego.
Podstawowe cechy betonów BWW
• Ciekła lub półciekła konsystencja
mieszanki
• Urabialność i konsystencja mieszanki
zachowana przez min. 60 min
• Niska nasiąkliwość < 4%
• Wysoka wodoszczelność > W12
• Wysoka wytrzymałość na ściskanie
(60 – 130 MPa)
• Wysoki stopień mrozoodporności > F150
• Wysoka odporność na ścieranie
Ogólne zasady doboru składników
betonów BWW
• Cementy o wysokich parametrach wytrzymałościowych
• Kruszywa łamane o wysokiej wytrzymałości –
wytrzymałość skały > 150 MPa (granit, sjenit, bazalt,
melafir, amfibolit)
• Ziarna kruszywa o kształcie zbliżonym do kubicznego oraz
szorstkiej powierzchni (przyczepność zaczynu)
• Szczelny stos okruchowy kruszywa (możliwie niska
jamistość) o maksymalnym wymiarze ziarna 16 mm
• Wskaźnik wodno-cementowy w granicach 0,3 – 0,4
(z uwzględnieniem wody zawartej w domieszkach)
• Stosowanie efektywnych superplastyfikatorów
• Wprowadzanie dodatków mineralnych
Efekty stosowania betonów BWW
• Wysoka trwałość konstrukcji (niższe koszty
konserwacji i utrzymania konstrukcji)
• Możliwość wykonania elementów o dużej
rozpiętości i zredukowanym przekroju
poprzecznym (obniżony ciężar własny
elementu)
• Przyspieszenie tempa i ograniczenie kosztów
robót (wysoka wytrzymałość wczesna
betonu
i niższy ciężar montowanych elementów)
• Wysoka jakość wykonania konstrukcji (ścisły
reżim technologiczny w zakresie doboru
składników, produkcji i zabudowania betonu)
Przykładowe receptury betonów
BWW
Składnik
Zastosowany rodzaj cementu
CEM I 52,5R
CEM I 52,5R
CEM III/A
32,5NA
Ilość składnika na 1 m
3
Cement
430 kg
480 kg
490 kg
Piasek 0/2
540 kg
600 kg
480 kg
Grys 2/5
-
290 kg
-
Grys 5/8
-
220 kg
-
Grys 2/8
581 kg
-
350 kg
Grys 8/16
900 kg
790 kg
980 kg
Woda
135 l
140 l
132 l
Superplastyfikator
3,0 % m. c.
3,0 % m.c.
2,5 % m.c.
Opóźniacz
0,5 % m. c.
0,5 % m.c.
-
Pył krzemionkowy
-
40 kg
-
w/c
0,31
0,28
0,27
Wyniki badań
Opad stożka
11 cm
8 cm
17 cm
Opad stożka po 60
min
0 cm
5,5 cm
16,5 cm
Zawartość powietrza
2,1 %
2,0 %
1,2 %
Nasiąkliwość
3,7 %
2,8 %
3,4 %
Wytrzymało
ść
na ściskanie
3 dni
76,8 MPa
80,2 MPa
42,9 MPa
28
dni
90,9 MPa
102,3 MPa
90,1 MPa
Warszawskie Centrum
Finansowe
• wysokość 144 m
• beton B65 (słupy nośne)
• w/s = 0,36-0,39
s: cement+pył krzemionkowy
• konsystencja (opad stożka 15-22
cm)
• czas transportu mieszanki: 50 min
• długość transportu pompowego:
150 m
Platforma morska typu
grawitacyjnego TROLL A
Norwegia, Morze
Północne
• głębokość posadowienia
303 m
• beton B 75, B 80
Długość płyty pomostu - 1624 m, beton LC 55
Wysokość pylonów - 200 m, beton B 55
Most podwieszony nad cieśniną Wielki Bełt,
Dania
Most Öresund,
przeprawa Kopenhaga - Malmö
Długość płyty mostu – 490 m
• beton lekki LC 55, W/C = 0,4
Wysokość pylonów – 204 m
• beton C 50, W/C = 0,4
W obydwu przypadkach zastosowano pył
krzemionkowy
Wieżowiec Herriot
Frankfurt n/Menem
Projektowana wytrzymałość
betonu – 125 MPa
Beton z dodatkiem włókien
polipropylenowych
Otrzymana średnia
wytrzymałość
28 dniowa – 141 MPa
Eureca Tower
Melbourne,
Australia
• wysokość - 300 m (88
kond.)
• klasa betonu w dolnej
części
C 100/115
• klasa betonu w górnej
części
C 60/75
Petronas Tower
Kuala Lumpur
Wysokość - 452 m (95 kond.)
Do roku 2004 najwyższy
budynek świata
Ściany, trzony oraz słupy
obwodowe - beton C 80/95
Płyta fundamentowa beton -
C 60/75
Beton z dodatkiem pyłu
krzemionkowego
stosunek - w/s = 0,27
Taipei 101, Tajwan
Wysokość 508 m (101
kond.)
Fundament – płyta
żelbetowa
o grubości 3,5 m
beton C 70/85
Słupy nośne z betonu C
70/85
Zastosowano dodatek pyłu
krzemionkowego
Stosunek w/s = 0,31
„Wyścig wieżowców”
trwa…
Wiadukt Millau,
Francja
Najwyższy betonowe filary
na świecie 230 i 245 metrów
Betonowanie filarów
pochłonęło
53 tys. m
3
betonu C 60/75
Płyty fundamentowe filarów
to
19 tys. m
3
betonu C 35/45
Betony
samozagęszczalne SCC
Właściwości, składniki
i zastosowanie
Właściwości betonów SCC
• Wysoka płynność i urabialność mieszanki
betonowej
• Brak segregacji składników mieszanki
• Zdolność do odpowietrzania ułożonej
mieszanki bez konieczności wibrowania
• Długi czas zachowania konsystencji i
urabialności
• Wysokie parametry fizyko-mechaniczne
stwardniałego betonu
• Gładkość powierzchni stwardniałego betonu
Składniki betonu SCC
• Cement – CEM I, CEM II, CEM III, zawartość
300 – 450 kg/m
3
• Kruszywo – spełniające wymagania dla betonu
zwykłego, maksymalny wymiar ziarna 20 mm
• Punkt piaskowy kruszywa 40 – 50 %
• Dodatki mineralne (popiół lotny, granulowany
żużel wielkopiecowy, kamień wapienny),
zawartość przeciętnie 20 – 40 % masy cementu
• Superplastyfikatory (na bazie
polikarboksyeterów)
• Wskaźnik w/c = 0,3 – 0,5
• Zawartość spoiwa (cement + dodatek mineralny)
475 – 600 kg/m
3
Badanie samozagęszczalności
mieszanki SCC (stożek)
Badanie samozagęszczalności
mieszanki SCC (L-box)
Efekty stosowania betonu SCC
• brak konieczności zagęszczania mieszanki
betonowej
• łatwość zabudowy mieszanki w
konstrukcjach o skomplikowanym
kształcie i dużej ilości zbrojenia
• bardzo wysoka jakość wykonania
(jednorodność ułożonego betonu)
• zwiększenie szybkości wykonywania
konstrukcji
• eliminacja hałasu związanego z
wibrowaniem mieszanki
Składnik
CEM I 42,5R
CEM III/A 32,5NA
Ilość, kg/m
3
Cement
450
360
Dodatek mineralny
mączka kwarcowa: 100
kg
mikrokrzemionka: 20
kg
popiół lotny: 170
Kruszywo 0/8 mm
1690
-
Kruszywo 0/16 mm
-
1680
Woda
210
160
Superplastyfikator FM
38
9
-
Superplastyfikator FM
34
-
4,3
w/c
0,46
Właściwość
CEM I 42,5R
CEM III/A 32,5NA
Wyniki badań
Rozpływ
65 cm
71 cm
Wytrzymałość po 1
dniu
20,0 MPa
-
Wytrzymałość po 3
dniach
32,0 MPa
12,0 MPa
Wytrzymałość po 7
dniach
-
29,0 MPa
Wytrzymałość po 28
dniach
61,0 MPa
48,0 MPa
Wytrzymałość po 56
dniach
-
54,0 MPa
Przykładowe receptury betonu SCC
0,44
Most Akashi
Kaikyo,
Japonia
3,911 km
rozpiętości
Bloki kotwiące kabli
niosących
konstrukcję
podwieszoną
Beton SCC
Beton reaktywny RPC
(Reactive Powder
Concrete)
Właściwości, składniki
i zastosowanie
Właściwości betonu RPC
• Wysoka jednorodność betonu uzyskana
wskutek zmniejszenia wymiaru cząstek
• Gęstość objętościowa 2500-3000 kg/m
3
• Wysoka odkształcalność betonu
• Wytrzymałość na ściskanie 200-800 MPa
• Wytrzymałość na zginanie 25-150 MPa
Składniki betonu RPC
• Cement CEM I 42,5 lub 52,5 (700-1000
kg/m
3
)
• Zmielone ziarna kwarcu i drobny piasek
(900-1300 kg/m
3
)
• Pył krzemionkowy (230 kg/m
3
)
• Włókna stalowe dł. 13 mm (100-500 kg/m
3
)
• Woda (130-180 kg/m
3
)
• Superplastyfikator
Efekt stosowania betonu RPC
Przekroje belek o tej samej nośności wykonanych z
betonu RPC, stali, betonu sprężonego i żelbetu (ciężar
kg/m
2
)
RPC
Stal
Żelbet
Beton sprężony
140 kg/m
2
112 kg/m
2
467 kg/m
2
530 kg/m
2
Beton RPC - technologia
DUCTAL
®
Składnik
Ilość na 1 m
3
Cement
710 kg
Pył krzemionkowy
203 kg
Mielony kwarc
215 kg
Piasek
1020 kg
Włókna stalowe
160 kg
Superplastyfikator
10 kg
Woda
140 l
w/c
0,20
Właściwości betonu DUCTAL
®
• możliwa produkcja w konwencjonalnej wytwórni
betonu (mieszanie 5 –15 min),
• wytrzymałość na ściskanie w temperaturze 20
o
C:
• po 24 godzinach – 100 MPa,
• po 28 dniach – 180 MPa,
• wytrzymałość na ściskanie po obróbce cieplnej w
temperaturze 90
o
C, po 4 dniach 220 MPa,
• szczelna mikrostruktura (wysoka mrozodporność i
odporność na agresję chemiczną)
• wysoka odporność ogniowa i obciążenia będące
efektem eksplozji
• niski skurcz - poniżej 0,01 mm/m
Kładka dla pieszych
w Sherbrooke (Kanada)
• RPC 200 MPa – pas dolny,
podłużnice, żeberka
poprzeczne i płyta
pomostu
• RPC 300 MPa - krzyżulce
Zastosowanie technologii
DUCTAL
®
Fragment konstrukcji:
Rozpiętość: 60 m
Szerokość płyty pomostu: 4,2 m
Grubość płyty pomostu: 3,0
cm !!
Poziome dźwigary powłoki
chłodni kominowej ( wysoka
odporność na sole oraz
mrozoodporność)
Elektrownia atomowa Cattenon,
Francja
Zastosowanie technologii
DUCTAL
®
Zastosowanie technologii
DUCTAL
®
Ekrany
przeciwdźwiękowe
tuneli metra w Monaco
Ściany szczelne
nabrzeża
Reunion
Porównanie cech
betonu zwykłego i betonu
DUCTAL
®
Cecha
Beton zwykły
Beton DUCTAL
®
Gęstość
2,2 – 2,5 kg/dm
3
2,45 – 2,55 kg/dm
3
Wytrzymałość na
ściskanie
15 – 60 MPa
180 – 220 MPa
Wytrzymałość na
zginanie
2 – 8 MPa
36 – 40 MPa
Wytrzymałość na
rozciąganie
1 – 4 MPa
8 – 10 MPa
Moduł sprężystości
20 – 40 GPa
55 – 60 GPa
Moduł sprężystości
stali
190 – 210 GPa
Beton samoczyszczący
Beton samoczyszczący
Nanodyspersyjny
dwutlenek tytanu
TiO
2
Utlenianie
fotokatalityczne
Superhydrofilowość
Jak działa?
Co zawiera?
UV
UV
H
2
O
NO
x
OH
•
HNO
3
H
2
O
OH
•
CO
2
H
2
O
ZANIECZYSZCZENIA
ORGANICZNE
DWUTLENEK
TYTANU
DWUTLENEK
TYTANU
BETON
NEUTRALIZACJA
KWASU
AZOTOWEGO
Dezintegracja zanieczyszczeń organicznych
i neutralizacja NOx
Kościół
Dives in Misericordia
Tor Tre Teste - Rzym
Richard Meier
20. 10. 2003
Beton przeźroczysty
(transparentny)
Aron Losonczi - LiTraCon
®
Skład:96% - beton
4% - światłowody
Gęstość: 2100 – 2300 kg/m3
Wytrzymałość Rc - 50 MPa
Wytrzymałość Rzg - 7 MPa
Luccon
®
… biżuteria!
Lampy i…
Podsumowanie
• Wprowadzanie nowych rozwiązań w technologii
betonu pozwala na bardziej efektywne
wykorzystanie tego materiału w budownictwie
(trwałość, koszt i szybkość realizacji).
• Realizacja nowoczesnych technologii wymaga
szerokich działań eksperymentalnych oraz
opracowania nowych metod badawczych.
• Warunkiem koniecznym jest wysoka kultura
techniczna producentów betonów i firm
wykonawczych oraz poziom fachowej wiedzy
pracowników.
Dziękuję za uwagę