Własności podstawowych

składników betonu i ogólne

zasady kwalifikacji ich jakości

PODSTAWOWE DEFINICJE



Beton – zgodnie z normą PN-EN 206-1 „Beton – Część 1. Wymagania,
właściwości produkcja i zgodność” – materiał powstały ze zmieszania cementu,
kruszywa drobnego i grubego, wody oraz ewentualnych domieszek i dodatków, który
uzyskuje swoje właściwości w wyniku hydratacji cementu



Rodzaje betonu:

•

beton lekki – o gęstości objętościowej od 800 do 2000 kg/m3

•

beton zwykły – o gęstości objętościowej większej niż 2000 kg/m3 i nie
przekraczającej 2600 kg/m3

•

beton ciężki – o gęstości objętościowej większej niż 2600 kg/m3



Mieszanka betonowa

– całkowicie wymieszane składniki betonu, które są jeszcze w

stanie umożliwiającym zagęszczenie wybraną metodą



Klasa ekspozycji – warunki środowiska, w których znajduje się beton.
Oddziaływanie środowiska może być chemiczne lub fizyczne i może wpływać na
beton lub znajdujące się w nim elementy metalowe (zbrojenie)

PODSTAWOWE DEFINICJE



Zaprawa - mieszanina cementu, wody i wszystkich pozostałych składników, które w
całości przechodzą przez sito o oczkach 2mm; zaprawa występuje w mieszance
betonowej a po jej stwardnieniu w betonie



Zaczyn cementowy – mieszanina cementu i wody występująca w mieszance
betonowej a po jej stwardnieniu w betonie; stwardniały zaczyn cementowy jest też
kamieniem cementowym

SKŁADNIKI BETONU



CEMENT



KRUSZYWO



WODA ZAROBOWA



DOMIESZKI CHEMICZNE



DODATKI MINERALNE



ZBROJENIE ROZPROSZONE –

WŁÓKNA STALOWE

CEMENT

-

to hydrauliczne spoiwo mineralne, otrzymywane z surowców mineralnych

(margiel lub wapień i glina) wypalonych na klinkier w piecu cementowym a
następnie zmielenie otrzymanego spieku z gipsem, spełniającym rolę regulatora
czasu wiązania. Stosowany jest do przygotowywania zapraw cementowych,
cementowo-wapiennych i betonów. Wykorzystywany jest do łączenia materiałów
budowlanych. W zależności od składu klinkieru, sposobu produkcji, cementy dzielą
się na:



cement portlandzki,



cement portlandzki wieloskładnikowy,



cement hutniczy,



cement glinowy,



cement pucolanowy,



cement z dodatkiem kamienia wapiennego

oraz cementy specjalne, np. cement kwasoodporny (otrzymywany z piasku
kwarcowego z aktywną domieszką krzemionkową) – obecnie nie stosowany. Ze
względu na sposób i szybkość wiązania i twardnienia wyróżnia się:



cement ekspansywny,



cement szybkotwardniejący,



cement tamponażowy.

Tabela 1. Główne składniki chemiczne cementu

cs

Lp

OZNACZENIE

NAZWA

ZAWARTOŚĆ W CEMENCIE

PORTLANDZKIM [%]

1

CaO

Tlenek wapnia

60-70

2

SiO

2

Krzemionka

18-25

3

Al

2

O

3

Tlenek glinu

4-9

4

Fe

2

O

3

Tlenek żelaza

1-5

5

MgO

Tlenek magnezu

1-5

6

SO

3

Trójtlenek siarki

1-3

7

Na

2

O+K

2

O

Tlenek sodu i potasu (alkalia)

0,5-1,8

Tabela 2. Główne minerały cementów

WZÓR

CHEMICZNY

SKRÓT

WZORU

NAZWA

WŁAŚCIWOŚ

CI

ZAWARTOŚĆ

[% masy]

3CaO * SiO

2

C

3

S

Krzemian

trójwapniowy

(alit)

•Wysokoaktywny
•Wysokokalorycz
ny – szybkie
twardnienie

55-65

2CaO * SiO

2

C

2

S

Krzemian

dwuwapniowy

(belit)

•Średnioaktywny
•Niskokaloryczny
(wolny ale wysoki
przyrost
wytrzym.)

15-25

3CaO * Al

2

O

3

C

3

A

Glinian

trójwapniowy

(celit)

•Bardzo wysoko
aktywny
•Wysokokalorycz
ny (przysp.
wiązanie)

8-12

2CaO*Al

2

O

3

*Fe

2

O

3

C

4

AF

Żelazoglinian

czterowapniow

y

(braunmillery

t)

•Słaboaktywny
•Średniokalorycz
ny (powolny
przyrost
wytrzymałości)

8-12

Nazwa cementu

Oznaczenia wg
PN-EN 197-1

Zawartość
dodatku
mineralnego, %

Zakres
stosowania

cement portlandzki

CEM I

-

Cementy powszechnego

zastosowania w

budownictwie ogólnym,

przemysłowym i

specjalistycznym, w tym

budownictwo drogowe

 

cement portlandzki
wieloskładnikowy

CEM II/A
CEM II/B

6 - 20

21 - 35

Cementy powszechnego

zastosowania w

budownictwie ogólnym,

przemysłowym, w tym

budownictwo drogowe

cement hutniczy

CEM III/A
CEM III/B
CEM III/C

36 - 65
66 - 80
81 - 95

Cementy powszechnego

zastosowania w

budownictwie ogólnym,

przemysłowym, w tym

szczególnie w budownictwie

hydrotechnicznym oraz w

budowlach pracujących w

warunkach zwiększonego

zagrożenia korozyjnego 

cement pucolanowy

CEM IV/A
CEM IV/B

11 - 35
36 - 55

Budownictwo ogólne,

specjalistyczne, wodno-

inżynieryjne, betony
narażone na agresję

chemiczną

cement
wieloskładnikowy

CEM V/A

CEM V/B

36 - 60
60 - 80

Budownictwo ogólne,

specjalistyczne, wodno-

inżynieryjne

Tabela 3. Rodzaje cementów powszechnego użytku wg PN-EN 197-1 z
uwagi na ilość dodatków

Tabela 4. Cementy specjalne wg PN-B-19707
Cementy specjalne spełniają wymagania normy PN-EN 197-1. Dodatkowe
wymagania dla cementów specjalnych przedstawiono poniżej.

Rodzaj cementu LH

Wymagania

CEM I do CEM V

Ciepło hydratacji po 41 godzinach poniżej 270 J/g

(oznaczone metodą semiadiabatyczną)

Ciepło hydratacji po 7 dniach poniżej 270 J/g (oznaczone

metodą ciepła rozpuszczania)

Tabela 5. Cement niskoalkaiczny NA

Rodzaj cementu

Wymagania

CEM I 

CEM II

a

CEM IV

CEM V

Ł 0,6% Na

2

O

eq

b

CEM II/B-S

Udział granulowanego żużla wielkopiecowego, S ł 21%

Ł 0,7% Na

2

O

eq

CEM III/A

Udział granulowanego żużla wielkopiecowego, S ł 49%

Ł 0,95% Na

2

O

eq

Udział granulowanego żużla wielkopiecowego, S ł 50%

Ł 1,10% Na

2

O

eq

CEM III/B

Skład wg EN 197-1

Ł 2,0% Na

2

O

eq

CEM III/C

Skład wg EN 197-1

Ł 2,0% Na

2

O

eq

a) z wyjątkiem CEM II/B-S

b) Na

2

O

eq

=Na

2

O+0,658K

2

O

Tabela 6. Cement siarczanoodporny HSR

Rodzaj cementu HSR

Wymagania

CEM I

C

3

A Ł 3%a

Zawartość Al

2

O

3

Ł 5%

Wartość ekspansji w roztworze Na

2

SO

4

po1 roku Ł 0,5%

b

CEM II/B-V

C

3

A Ł 10% (w klinkierze),

udział popiołu krzemionkowego V

c

ł 25%, 

Wartość ekspansji w roztworze Na

2

SO

4

po 1 roku Ł 0,5%

b

CEM III

Udział granulowanego żużla, S ł 55% 

Wartość ekspansji w roztworze Na

2

SO

4

po 1 roku Ł 0,5%

b

CEM IV

d

C

3

A Ł 10% (w klinkierze)

Udział sumy pyłu krzemionkowego D i popiołu lotnego

krzemionkowego V

c

ł 25%

Wartość ekspansji w roztworze Na

2

SO

4

po 1 roku Ł 0,5%

b

a) Zawartość glinianu trójwapniowego obliczana jest w % masy z równania

C

3

A = 2,65 Al

2

O

3

– 1,65 Fe

2

O

3

 

Wyniki analizy chemicznej cementu przeliczone na substancje wyprażoną (bez strat prażenia) należy korygować o

zawartość CaCO

3

i CaSO

4

. Zawartość CO

2

oznaczana

jest wg PN-EN 196-21
 

b) Badanie sprawdzające wykonywane 2 razy w roku
 

c) Nie dopuszcza się składników innych niż klinkier i popiół lotny krzemionkowy (V). Popiół lotny krzemionkowy (V) powinien
spełniać wymagania:

-Zawartość reaktywnego CaO mniejsza niż 5,0%
-Zawartość reaktywnego SiO

2

nie mniej niż 25,0%

-Zawartość strat prażenia poniżej 5,0%
 

d) W cementach CEM IV nie dopuszcza się składników głównych innych niż klinkier, pył krzemionkowy (D) i popiół lotny
krzemionkowy (V).

Udział popiołu lotnego krzemionkowego (V) w cementach CEM II/B-V i CEM IV (V) lub udział sumy pyłu krzemionkowego (D) i
popiołu lotnego krzemionkowego (V) w cementach CEM IV (D-V) obliczana jest w % masy z równania: V=NRx1,28 gdzie NR

stanowi zawartość pozostałości nierozpuszczalnej w cemencie oznaczana wg PN-EN 196-2.

BADANIE WYBRANYCH CECH CEMENTÓW

Badanie wytrzymałości na zginanie i ściskanie – badanie przeprowadzane jest na

beleczkach o wymiarach 4x4x6cm, wykonanych z zaprawy normowej
(C:P:W=1:3:0,5)



Zginanie

M - moment zginający w przekroju belki



W – wskaźnik wytrzymałości przy zginaniu



Ściskanie

Fc – siła niszcząca [N]

1600 – powierzchnia płytek dociskowych [mm

2

]

Oznaczenie czasu wiązania – badanie przeprowadzamy na zaczynie o konsystencji

normowej, ustala się w aparacie Vicata, dobierając odpowiednią ilość wody.

Oznaczenie stałości objętości – przeprowadza się równocześnie na dwóch próbkach w

pierścieniu Le Chateliera na zaczynie o konsystencji normowej.

Klasa cementu - jest to średnia wytrzymałość na ściskanie, oznaczona na 6 połówkach z

trzech beleczek o wymiarach 4x4x6cm, badana po 28 dniach dojrzewania zaprawy
normowej
(ozn. N – cement o normalnej wytrzymałości wczesnej
ozn. R – cement o wysokiej wytrzymałości wczesnej)

KRUSZYWA

Definicje



Kruszywo - (wg PN-EN 206-1:2003) ziarnisty materiał odpowiedni do stosowania do
betonu. Kruszywo może być naturalne, pochodzenia sztucznego lub pozyskane z
materiału użytego w budownictwie (recykling)

Rodzaje kruszyw wg PN-EN 12620:2004



Kruszywo naturalne – pochodzenia mineralnego, które poza obróbką mechaniczną
nie zostało poddane żadnej innej obróbce.



Kruszywo sztuczne – pochodzenia mineralnego, uzyskane w wyniku procesu
przemysłowego obejmującego termiczną lub inną modyfikację.



Kruszywo z recyklingu – powstałe w wyniku przeróbki nieorganicznego materiału
zastosowanego uprzednio w budownictwie.



Kruszywo wypełniające – kruszywo, którego większość przechodzi przez sito
0,063mm. Które może być dodawane do materiału budowlanego w celu uzyskania i
poprawienia pewnych właściwości.

Podział kruszyw ze względu na ich gęstość



Kruszywo zwykłe – kruszywo o gęstości ziaren w stanie suchym > 2000kg/m

3

i <

3000kg/m

3



Kruszywo ciężkie – kruszywo o gęstości ziaren w stanie suchym ≥ 3000kg/m

3



Kruszywo lekkie – kruszywo pochodzenia mineralnego o gęstości ziaren w stanie
suchym ≤2000kg/m

3

lub gęstości nasypowej w stanie luźnym suchym ≤1200kg/m

3

KRUSZYWA

Definicje

Podział kruszyw ze względu na wielkość ziaren



Wymiar kruszywa – oznaczenie kruszywa poprzez określenie dolnego (d) i górnego (D)
wymiaru sita, wyrażone jako d/D



Kruszywo drobne – kruszywo o wymiarach ziaren D≤4mm



Kruszywo grube – kruszyw o wymiarach ziaren D≥4mm i d≤2mm



Kruszywo naturalne 0/8mm – jest to kruszywo pochodzenia lodowcowego lub
rzecznego o wielkości ziaren D≤8mm



Kruszywo o ciągłym uziarnieniu – jest to mieszanka kruszywa grubego i drobnego
mającego D≤45mm i d=0mm



Pyły – frakcja kruszywa o wymiarach ziaren przechodzących przez sito 0,063mm



Frakcja – zbiór ziaren kruszywa o wymiarach zawartych pomiędzy kolejnymi dwoma
sitami w zestawie sit.



Uziarnienie – jest to rozkład wymiarów ziaren wyrażony jako procent masy
przechodzącej przez określony zestaw sit.



Nadziarno - część kruszywa po analizie sitowej (przesiewaniu) pozostająca na
największym z sit, czyli część kruszywa o wielkości ziaren większej niż badana frakcja
lub grupy frakcji.



Podziarno - część kruszywa w analizie sitowej przechodząca przez najmniejsze z sit,
czyli część kruszywa o wielkości ziaren mniejszej od badanej frakcji lub grupy frakcji.

KRUSZYWA

Właściwości kruszyw podlegające badaniom kontrolnym
– decydujące o ich jakości

Grupa 1 - podstawowe właściwości kruszyw:



Uziarnienie



Kształt kruszywa grubego



Zawartość pyłów



Jakość pyłów



Gęstość ziaren i nasiąkliwość



Reaktywność alkaliczno-krzemionkowa



Opis petrograficzny



Substancje niebezpieczne

Grupa 2 – specyficzne właściwości związane z zastosowaniem końcowym kruszyw



Odporność na rozdrabnianie



Odporność na ścieranie



Polerowalność



Zamrażanie i rozmrażanie



Zawartość chlorków



Zawartość węglanu wapnia

KRUSZYWA

Właściwości kruszyw podlegające badaniom kontrolnym
– decydujące o ich jakości

Grupa 3 – właściwości kruszyw pochodzących ze szczególnych źródeł:



Zawartość muszli



Stałość objętości – skurcz przy wysychaniu



Zawartość chlorków



Składniki zawierające siarkę



Substancje organiczne (zawartość humusu, porównawcze badanie wytrzymałości –
czas tężenia, lekkie zanieczyszczenia organiczne)



Rozpad krzemianu dwuwapniowego



Rozpad związków żelaza

KRUSZYWA

Podstawowe właściwości kruszyw



Gęstość (�) – stosunek masy kruszywa w stanie suchym do objętości bez porów
wewnętrznych ziaren i przestrzeni międzyziarnowych



Gęstość objętościowa (�

o

) – stosunek masy kruszywa w stanie suchym do

objętości wraz z porami wewnętrznymi ziaren, bez przestrzeni międzyziarnowych



Gęstość nasypowa (�

n

) - stosunek masy kruszywa do jego objętości wraz z porami

wewnętrznymi ziaren oraz przestrzeni międzyziarnowych



Porowatość (P) – stosunek objętości porów wewnętrznych ziaren kruszywa do
całkowitej objętości ziaren.



Jamistość (j) – udział objętości wolnych przestrzeni międzyziarnowych w całkowitej
objętości kruszywa



Szczelność (s) – udział objętości ziaren kruszywa wraz z porami wewnętrznymi w
całkowitej objętości kruszywa



Wilgotność – procentowa zawartość wody w masie kruszywa możliwa do usunięcia
podczas suszenia w temp. 105-110C

KRUSZYWA

Podstawowe właściwości kruszyw



Nasiąkliwość – procentowa zawartość wody w masie kruszywa w stanie pełnego
nasycenia to znaczy kruszywo zawiera maksymalną ilość wody w porach ziaren i w
przestrzeniach międzyziarnowych



Wodożądność – ilość wody potrzebna do otulenia ziaren znajdujących się w 1kg
kruszywa, aby uzyskać założoną konsystencję [dm

3

/kg]

KRUSZYWA

PODSUMOWANIE



Wymagane właściwości do betonu
Do wykonania betonu o wysokiej wytrzymałości dobrze jest zastosować kruszywo
łamane o dużej chropowatości. Nie dobrze jest stosować materiał skalny słaby,
zwietrzały i porowaty, ponieważ zwiększa to nasiąkliwość mieszanki, co później
wpływa negatywnie na jego urabialność i wytrzymałość. Bardzo ważne jest, aby
kopalnia kruszywa sprzedała nam materiał nie zanieczyszczone, co jest również
bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na wytrzymałość mieszanki betonowej.



Jakość kruszywa a normy budowlane
Materiał skalny wydobywany z kopalni kruszywa musi spełnić wiele norm zwłaszcza
dla tak ważnych i strategicznych budowli jak autostrady, lotniska oraz
towarzyszącym im obiektom inżynieryjnym jak np. wiadukty i mosty.

WODA ZAROBOWA -

jest to woda dodawana do betonu podczas jego

sporządzania



Woda zarobowa inicjuje proces wiązania.



Obecne w wodzie zarobowej składniki organiczne i nieorganiczne mogą pogarszać
parametry wytrzymałościowe stwardniałych spoiw budowlanych, powodować
powstawanie plam i przebarwień na ich powierzchni oraz inicjować procesy korozji
zbrojenia w żelbecie. W normie PN-EN 1008 określono wymagania stawiane wodzie
zarobowej.



Nie wolno użyć wód ściekowych, przemysłowych, kanalizacyjnych, bagiennych,
zawierających tłuszcze organiczne, kwasy humusowe, oleje, cukier, muł, oraz wód
mineralnych nie odpowiadających wymaganiom określonym w normach.



Należy pamiętać, że suchą mieszankę wsypuje się do wody, a nie odwrotnie.

Tabela 7. Podstawowe kryteria oceny wody do celów budowlanych.

Tabela 8. Kryteria oceny wody do celów budowlanych związane z obecnością w niej zanieczyszczeń
organicznych i nieorganicznych.

DODATKI MINERALNE

Jako dodatki mineralne modyfikujące właściwości betonu stosowane są:



popiół lotny



mielony granulowany żużel wielkopiecowy



pył krzemionkowy

Podstawowy fizyczny mechanizm oddziaływania dodatków mineralnych dodawanych do
betonu to uszczelnienie struktury. Charakteryzujące się wysokim stopniem rozdrobnienia
(popiół lotny oraz pył krzemionkowy) wypełniają przestrzenie między ziarnami cementu,
podobnie jak się to dzieje w przypadku cząstek cementu, które uszczelniają pustki między
ziarnami piasku oraz w przypadku piasku uszczelniającego stos okruchowy kruszywa
grubego.

Pył krzemionkowych modyfikuje również strukturę porów w stwardniałym zaczynie

cementowym. Zwiększa się również udział zamkniętych porów żelowych, a maleje udział
porów kapilarnych.
Dodatki mineralne powodują że beton charakteryzuje się wieloma bardzo korzystnymi
właściwościami. Do właściwości tych należy zaliczyć:



wzrost wytrzymałości początkowej i końcowej



małą przepuszczalność dla gazów i cieczy



zwiększoną odporność na korozję chemiczną



zwiększoną mrozoodporność

DOMIESZKI CHEMICZNE

Stosowanie domieszek w nowoczesnym betonie jest efektywnym sposobem uzyskania pożądanych
cech betonu uwarunkowanych technologią wykonania i przeznaczeniem konstrukcji lub elementu.
Ogólną przydatność domieszek chemicznych ustala się zgodnie z wymogami normy PN-EN 934-2
„ Domieszki do betonu zaprawy i zaczynu. Domieszki do betonu. Definicje i wymagania.”

Domieszki chemiczne są definiowane w normie PN-EN 934-2 jako materiały dodawane podczas
wykonywania mieszanki betonowej, w ilości nie przekraczającej 5% masy cementu w celu modyfikacji
właściwości mieszanki betonowej stwardniałego betonu.
Rozróżniamy następujące rodzaje domieszek:



domieszki uplastyczniające i upłynniające – plastyfikatory plastyfikatory



superplastyfikatory



domieszki napowietrzające



domieszki uszczelniające



domieszki opóźniające



domieszki przyśpieszające



domieszki zimowe



domieszki spęczniające



domieszki stabilizujące



domieszki do betonowania pod wodą



domieszki spieniające



domieszki do zaczynów iniekcyjnych



emulsje polimerowe

EFEKT DZIAŁANIE SUPERPLASTYFIKATORA

Zbrojenie rozproszone – włókna stalowe

Celem dozowania włókien stalowych do mieszanki betonowej jest zmian właściwości
mechanicznych betonu. Beton niezbrojony jest materiałem kruchym tzn. w wyniku
przekroczenia dopuszczalnych naprężeń rozciągających następuje w nim gwałtowne
niekontrolowane kruche pęknięcie, czego rezultatem jest utrata właściwości
użytkowych betonu. Ta niekorzystna cecha betonu jest w dużej mierze
wyeliminowana w żelbecie, gdzie po zarysowaniu betonu naprężenia przenoszone są
przez pręty zbrojenia.
Beton zawierający w swoim składzie włókna tzw. fibrobeton charakteryzuje się
przede wszystkim:



niekruchym, pseudoplastcznym procesem zniszczenia w wyniku czego możliwa jest
kontrola propagacji rys oraz praca elementu zarysowanego jako integralnej całości
mimo wysterowania mikrorys



zdolnością do pochłaniania znacznych ilości energii przy wszystkich obciążeniach
dynamicznych



poprawą dystrybucji naprężeń przed zarysowaniem matrycy betonowej



przenoszeniem obciążenia przez włókna po zarysowaniu



ograniczeniem zarysowań. Propagujące rysy napotykają na włókna, które
zatrzymują ich dalsze powiększanie i rozwieranie się.

Normy dotyczące cementów
PN-EN 197-1 „Cement. Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementu

powszechnego użytku”

PN-EN 196-1 „Metody badania cementu. Oznaczenia wytrzymałościowe”
PN-EN 196-2 „Metody badania cementu. Oznaczenia czasu wiązania i stałości objętości.”
PN-EN 196-6 „Metody badania cementu. Oznaczenie stopnia zmielenia.”

Normy dotyczące kruszyw
PN-EN 12620 „Kruszywa do betonu”
PN-EN 932 „Badania podstawowych właściwości kruszyw”
PN-EN 933 „Badania geometrycznych właściwości kruszyw”
PN-EN 1097 „Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw”
EN 1367 „Badania właściwości cieplnych i odporności kruszyw na działanie czynników

atmosferycznych”

PN-EN 1744 „Badania chemicznych właściwości kruszyw”

Normy dotyczące wody zarobowej
PN-EN 1008 „Woda zarobowa do betonu -- Specyfikacja pobierania próbek, badanie i ocena

przydatności wody zarobowej do betonu, w tym wody odzyskanej z procesów produkcji betonu„

Normy dotyczące dodatków i domieszek
PN-EN 934 „Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu””

BIBLIOGRAFIA

http://pl.wikipedia.org
http://www.polskicement.com.pl
http://materialy-budowlane.democms.pl