1. Spoiwa

Przez spoiwo w betonie rozumie się ten składnik, który w wyniku przemian fizycznych, chemicznych bądź fizykochemicznych twardnieje, łącząc się w monolityczną całość z rozdrobnionym składnikiem stałym.

• Spoiwa powietrzne-wiążą tylko w powietrzu. Wykonane z nich betony są wrażliwe na wilgoć bądź całkowicie nieodporne na wodę przy stałym zetknięciu. Wykorzystywane są w zasadzie tylko do produkcji niektórych betonów lekkich np. komórkowych

• Spoiwa hydrauliczne-mogą wiązać w powietrzu i pod wodą. Wykonane z nich betony odporne są na działanie wody, a nawet woda powoduje stały wzrost ich wytrzymałości. Dotyczy to wody nieagrsywnej w stosunku do betonu. Podstawowym spoiwem tej grupy jest cement. Do betonów zwykłych stosuje się jako spoiwo wyłącznie cement.

• Miałkość i jej wpływ na właściwości spoiw:

Miałkość ( stopień zmielenia) określa przeciętną wielkość ziaren spoiwa ( cm²/g). Miałkość dotyczy tych spoiw, które po wypaleniu są rozdrabniane mechanicznie, a więc głównie spoiw hydraulicznych ( np. cementy). Miałkość wywiera istotny wpływ na proces dojrzewania. Im drobniejsze ziarna, tym w tej samej objętości cementu istnieje większa powierzchnia styku cementu z wodą, a więc większa powierzchnia, na której zachodzi jednocześnie reakcja. Powoduje to intensyfikację procesu hydratacji, więc i wpływa na zwiększenie samoocieplenia oraz przyspieszenie procesu wiązania i szybszego przyrostu wytrzymałości wyrobu. Im cementy wyższych klas, i z kolei szybkotwardniejące, tym z reguły są bardziej miałkie. Im większa jest miałkość tym więcej wydziela się ciepła i mamy skoki naprężeń termicznych (niebezpieczne w wyniku powstawania rys i pęknięć)

Zależność cementu od wzrostu wytrzymałości:

Rys.

• Kaloryczność spoiw i jej praktyczne znaczenie:

Kaloryczność polega na wydzielaniu ciepła przez spoiwo po zetknięciu z wodą, tj. w czasie hydratacji.  Hydratacja ( uwodnienie ) spoiwa jest zawsze połączona z wydzielaniem ciepła ( reakcja egzotermiczna).

Ciepło hydratacji ( c. uwodnienia) mierzy się w kJ/ kg lub J/g.

Kaloryczność zależy przede wszystkim od:

• miałkości cementu. Im drobniej zmielone spoiwo, tym szybciej reaguje z wodą i więcej ciepła wydziela w jednostce czasu. Ponadto cement drobniej zmielony ( o średnicy poniżej 15 m) hydratyzuje w całej swej masie, natomiast grubiej zmielony ( np. około 30m) tylko w 50%.

• składu chemicznego. Wraz ze wzrostem zawartości CaO, który wykazuje najwyższe ciepło hydratacji, kaloryczność spoiwa wzrasta.

• temperatury spoiwa. Wiadomo z chemii, że przy wzroście temperatury o 10C, szybkość przebiegu reakcji chemicznej rośnie dwukrotnie. Temperatura otoczenia ma istotny wpływ na ilość ciepła wydzielanego przez spoiwo.

      Przykładowo dla cementu portlandzkiego w temperaturze 4C ilość ciepła hydratacji  

      wynosi 154 J/kg, w 24C - 285J/kg, w 32C - 309 J/kg a w temperaturze

41C -       335J/kg. 

W praktyce budowlanej kaloryczność może mieć pozytywny bądź negatywny wpływ na beton.

Wpływ pozytywny to pożądane w okresie chłodów lub zimy samoocieplenie się m.b. lub zaprawy, ponieważ proces wiązania i początkowego twardnienia muszą zachodzić w temperaturze dodatniej.

Wpływ negatywny to możliwość powstania rys i pęknięć masywu betonowego, wywołanych różnicą temperatur pomiędzy warstwą zewnętrzną betonu, a znacznie wolniej stygnącą  warstwą wewnętrzną ( gradient temperaturowy może wywołać rysy termiczne.

• Zmiany objętości spoiw to:

• skurcz ( wywoływany jest głównie przyczynami natury fizycznej, jak temperatura, wysychanie; częściowo odwracalne zmniejszenie objętości elementu betonowego w wyniku wysychania)

• pęcznienie ( wywoływane jest głównie przyczynami natury chemicznej)

Skurcz w zaprawie lub betonie dzieli się na:

• skurcz plastyczny, zachodzący w ciągu pierwszych 24 godzin. Wynosi on na ogół od 0,5 do5  mm/m. Jego wielkość rośnie wraz ze wzrostem ilości cementu, ciekłości m.b., temperatury oraz ze spadkiem wilgotności powietrza. Im więcej wody lub zaczynu tym skurcz większy. Im więcej kruszywa tym skurcz mniejszy.

• skurcz tradycyjny, zachodzący po 24 godzinach dojrzewania wstępnego. Jego wielkość rośnie wraz z e wzrostem odparowywania wody i przewiewem.

Skurcz betonu obliczamy ze wzoru:

S_b=S_z(1-a)ⁿ, gdzie

S_b-skurcz betonu

S_z-skurcz zaczynu

a-ilość procentowa kruszywa

n- współczynnik wykonania

 

Pęcznienie w betonie lub zaprawie wywołuje obecność tlenku wapnia (CaO), tlenku magnezu ( MgO) lub siarczanu wapnia (CaSO₄). Pod wpływem wilgoci z powietrza zarówno CaO jak i MgO uwadniają się na Ca(OH)₂ i Mg(OH)₂ jednocześnie zwiększając swoją objętość.

Natomiast gips (CaSO₄) w obecności glinianu trójwapniowego (3CaO Al₂O₃) wiąże chemicznie wodę, tworząc sól Candlota, czyli tzw. bakcyl cementowy o wzorze               3CaO  Al₂O₃  3 CaSO₄  31H₂O, który krystalizując znacznie zwiększa swoją objętość.

W każdym z wymienionych przypadków zaprawa lub beton ulega spękaniu a niekiedy nawet rozpada się. 

2. WAPNO

• rodzaje spoiw wapiennych:

wapno wapniowe L-zawiera tlenek lub wodorotlenek wapnia

wapno dolomitowe DL

wapno hydrauliczne HL

• otrzymywanie wapna: wypala się w piecach obrotowych na gaz, węgiel lub paliwa płynne. Proces wypalania się nazywa się prażeniem. Wypala się w 900-1000 C i przebiega

CaCO₃ CaO + CO₂ Po wypaleniu uzyskujemy bryłki o średnicy 16-18 mm.

Jeżeli wapno wypalone ma:

94-99% CaO-wapno tłuste

91-94% CaO-wapno średniotłuste

85-91%-wapno chude

Następnie wapno palone gasi się (lasuje)

Mamy stąd podział na wapna:

1. szybkogaszące się t<=15 min

2. umiarkowanie gaszące się t (15,30) min

3. wolno gaszące się t => 30 min

Można też przepalać wapno (spiec) w temp. Ok. 1200 C, co ma bardzo negatywny wpływ, gdyż topią się domieszki szkodliwe i zalepiają wapno.

• Wiązanie wapna

Wiązanie wapna następuje na skutek reakcji chemicznej z dwutlenkiem węgla zawartym w powietrzu i proces ten trwa długo (3 - 4 tygodnie). Jednocześnie zachodzi reakcja z kruszywem dzięki czemu może powstać twarda powłoka. Jednak grubsza warstwa wapna niestykająca się bezpośrednio z piaskiem ma znikomą wytrzymałość, a zatem tworzy powłokę o małej przyczepności.

• Wapno hydratyzowane

gaszone ręcznie

rys.

Sposób gaszenia zależy od tłustości wapna:

W zależności od sposobu gaszenia mamy:

wapono spalone (zbyt mało wody przy gaszeniu)

wapno zatopione (zbyt dużo wody przy gaszeniu)

W przypadku robót murarskich przetrzymujemy wapno 3 tygodnie, w przypadku tynków 3 miesiące, a w przypadku tynków i wapna specjalnego nawet do 6 miesięcy

gaszone maszynowe

rys.

1.Wapno suchogaszone

• Gaszenie wapna w bryłach małą ilości wody (50-60%)

• Uzyskuje się proszek praktycznie prawie suchy

• Gasi się na 24;36 godzin przed zastosowanie

• Wapno mielone o stopniu zmielenia 0,085 mm<15% do 100 częsci wagowych mielonego wapna dodajemy 32 części wagowe wody

• Gaszenie zachodzi bardzo szybko

• Na budowach najpierw dosypuje się mielonego wapna piasku przed gaszeniem wodą (pochłania energię) i inne dodatki, które spowalniają czas wiązania

• Wapno mokrogaszone (ciasto wapienne) otrzymuje się przez gaszenie (lasowanie) wapna palonego dużą ilością wody. Zgaszone ciasto powinno mieć kolor biały lub szary i być tłuste. Kolor brązowy świadczy o zbyt małej ilości wody użytej do gaszenia.

Gaszenie (lasowanie) wapna palonego polega na ręcznym lub mechanicznym mieszaniu z wodą. Podczas mieszania tlenek wapniowy wchodzi w reakcję chemiczną z wodą - procesowi temu towarzyszy wydzielanie ciepła. Czas gaszenia wapna wynosi 0,5 do 2 godzin i wyzwala się przy tym temperatura przekraczająca 60°C (zalecane są szczególne środki ostrożności w celu uniknięcia oparzeń).
Gaszenie ręczne przeprowadza się w skrzyniach drewnianych. Wapno gasi się aż do momentu otrzymania masy o jednolitej konsystencji. ze względu na możliwość poparzenia należy podczas tej czynności zachować szczególną ostrożność: konieczne jest założenie okularów ochronnych, gumowych butów i ochronnego ubrania. Po zgaszeniu wapno przechowuje się w dołach (czas przechowywania zależy od przeznaczenia wapna i waha się od trzech tygodni do sześciu miesięcy), gdzie powinno być zabezpieczone przed wpływami atmosferycznymi (woda opadowa, śnieg, promienie słoneczne, mróz).
Gaszenie mechaniczne przeprowadza się przy pomocy specjalnie do tego celu przeznaczonych maszyn. Okres dojrzewania wapna w dołach jest w tym przypadku skrócony do jednego tygodnia, jednak wapno palone musi być zmielone bezpośrednio przed gaszeniem.

• Wapno palone mielone

Wapno palone mielone jest produktem, którego głównym składnikiem jest tlenek wapniowy CaO, otrzymywany przez równomierne wypalanie kamienia wapiennego w temperaturze 900-1300°C, a następnie zmielonego w młynie.
Wapno mielone stosowane jest :
* do produkcji betonów komórkowych
* do produkcji cegły wapienno-piaskowej
* w budownictwie
* w hutnictwie
* w przemyśle chemicznym
* w oczyszczalniach ścieków
* przy uzdatnianiu wody pitnej
* przy zmiękczaniu wody kotłowej

Cechy chemiczne
zawartość tlenku wapnia CaO	91-95%
zawartość tlenku magnezu MgO	max 0,6 %
zawartość krzemionki SiO2	0,5-1,0 %
zawartość dwutlenku węgla CO2	max 3,5 %
Cechy fizyczne
straty żarowe w 1000 °C	max 5 %
temperatura i czas gaszenia
ostropalone min. 70 °C	max l5 min.
miękkopalone min. 60 °C	max. 20 min.
pozostałość na sicie 0,1 mm
ostropalone	max. 20 %
miękkopalone	max. 10 %

• Wapno Hydrauliczne

uzyskujemy przez prażenie wapna z dolomitem i z domieszkami glin

bardzo trudne jest gaszenie tego wapna przez krzemianowe otoczaki cząstek

wapno wiąże w dwóch okresach:

-powietrznym (do kilku dni)

-hydraulicznym (krzemiany i gliny przechodzą w hydrokrzemiany i hydrogliny, co daje nam odporność niemal w 100 % na wodę i wilgoć)

3. Gips

• Odmiany gipsu

- przy temperaturze prażenia w 200 C otrzymujemy gips anhydrytowy 3(0.5 wody)CaSO₄

-przy temperaturze prażenia 200-450 C otrzym. Anhydryt 2(0.5wody)-bardzo trudno rozpuszczalny, stąd potrzeba katalizatorów rozpuszczania (żużel wielkopiecowy, cement portlandzki)

-przy temp. Prażenia 800-1000 C otrzym. Estrichgips = gips jastrychowy

• Wpływ temperatury prażenia na właściwości gipsu

1. Gipsy szybkowiążące-modelowy, budowlany

2. Gipsy wolnowiążące-anhydryt i estrichgips

3. Gipsy specjalne

• Gips półwodny-otrzymuje się w wyniku wyprażania gips w temperaturze 150-185 °C. Gips jest szeroko stosowany, m.in. do wyrobu kwasu siarkowego(VI), cementu, nawozów, prefabrykatów budowlanych, odlewów, sztukaterii, również w chirurgii, dentystyce, modelarstwie oraz jako materiał rzeźbiarski.

Właściwości:

Gips półwodny osiąga maksimum wytrzymałości już po 1 dniu hydratacji.

• Anhydryt

Anhydryt jest solą występującą w kolorach niebieskim, białym oraz przeźroczystym. Zastosowanie: przemysł chemiczny, produkcja cementu, tynki, okładziny, posadzki; wykorzystywany do płuczek wiertniczych.

• Estrichgips

Otrzymuje się przez wypalanie CaSO₄*2H₂O w temperaturze przekraczającej 800 C. Głównym składnikiem mineralnym jest anhydryt I. Uaktywnienie spoiwa następuje wskutek obecości wolnych jonów OH^- pochodzących z tlenku wapnia rozpuszczonego w ośrodku wodnym. Estrichgips ma pewne właściwości hydrauliczne oraz wykazuje większą wodoodporność niż gips zwykły. Początek wiązania następuje po ok. 2 godzin a koniec po 1 dobie. Wytrzymałość wyrobów z estrichgipsu na ściskanie po 28 dniach wynosi 18 MPa. Spoiwo z estrichgipsu z uwagi na swoje właściwości może być stosowane do wykonywania podkładów pod posadzki wylewane, prefabrykowanych elementów budowalnych, płytek posadzkowych itp. Ponadto wykonuje się z niego sztuczny marmur.

4. Cementy powszechnego użytku

• Moduł hydrauliczny, krzemianowy, glinowy

Proporcje mas poszczególnych tlenków w składzie cementu mogą zmieniać się w stosunkowo wąskich granicach. 

Proporcje te nazywamy modułami. Wyróżniamy następujące moduły:

Moduł hydrauliczny, czyli stosunek składników zasadowych do hydraulicznych: 

M_h = (CaO+MgO) / ( SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃) = 1,7 do 2,3 

Ze wzrostem tego modułu:

• wzrasta wytrzymałość na ściskanie,

• maleje odporność na działanie siarczanów.

Moduł krzemianowy:

M_s =SiO₂ / (Al₂O₃+Fe₂O₃) =2,4 do 2,7 

Z obniżeniem wielkości M_s następuje wzrost szybkości wiązania cementu.

Moduł glinowy:

M_a=Al₂O₃ / Fe₂O₃ =1 do 4 

Im niższe wielkości M_a tym: 

• mniejszy skurcz,

• większa odporność na siarczany,

• mniejsza wytrzymałość

• większa kaloryczność.

• Skład fazowy (mineralny) i jego wpływ na właściwości cementu

 W wysokiej temperaturze wypalania tlenki reagują ze sobą tworząc wiele złożonych związków, głównie: krzemianów, glinianów i  żelazoglinianów wapnia. 

Ważniejsze z nich to:

Nazwa związku	Wzór tlenkowy	Oznaczenie skrótowe	Nazwa skrótowa	Zawartość (%)
Krzemian trójwapniowy	3CaOSiO2	C3S	alit	30-60
Krzemian dwuwapniowy	2CaOSiO2	C2S	belit	15-45
Glinian trójwapniowy	3CaOAl2O3	C3A	-	5-15
Glinożelazian czterowapniowy	4CaOAl2O3Fe2O3	C4AF	brownmilleryt	7-18

 

Procentowa zawartość minerałów zależy od:

• składu surowców,

• temperatury wypału,

• szybkości studzenia.

Od składu chemicznego chemicznego i ilości poszczególnych minerałów zależy przede wszystkim:

szybkość procesu wiązania i twardenia cementu

szybkość i ilość wydzielanego ciepła podczas hydratacji

skład mineralogiczny powstającego kamienia cementowego a w konsekwencji, właściwości fiz., chem. i mechaniczne ważne dla wykonywanych z nich betonów

• składniki modyfikujące (granulowany żużel wielkopiecowy, popioły lotne, pucowana, mikrokrzemionka….)

Granulowany żużel wielkopiecowy (S) jest produktem odpadowym powstającym przy wytapianiu surówki w wielkich piecach hutniczych, przy użyciu wapieni jako topników.

Żużle w wyniku szybkiego studzenia są spulchniane i rozpadają się na okruchy o prawie jednakowej wielkości -granulacja. Struktura ziaren jest szklista bądź gąbczasta. 

Żużel jest materiałem o utajonych właściwościach hydraulicznych, tj. wykazuje właściwości hydrauliczne przez odpowiednie pobudzenie ( aktywację ). 

Aktywatorami żużla mogą być:

• materiały zasadowe np. CaO, Ca(OH)₂, NaOH,

• materiały słabo kwaśne np. CaSO₄, Al₂(SO₄)_3,

• podwyższona temperatura, ciśnienie.

Łupek palony- wytwarzany przy spiekaniu w piecu w temp. 800 C łupków bitumicznych; zawiera alit, belit i pewne ilości CaO i gipsu bezwodnego; posiada właściwości hydrauliczne.

Pucolany P,Q- są to materiały krzemionkowe lub glinokrzemionkowe. 

Mogą być pochodzenia :

• naturalnego ( P)- skały wulkaniczne lub osadowe, popioły i pyły wulkaniczne, tufy,

       pumeksy, ziemia okrzemkowa, surowa glina,

• sztucznego (Q) - wypalone gliny i łupki.

Samodzielnie nie twardnieją, ale drobno zmielone i w obecności wody reagują w normalnej temperaturze otoczenia z Ca(OH)₂, tworząc związki o właściwościach hydraulicznych (uwodnione krzemiany i gliniany wapniowe). 

Główne składniki to : SiO₂ i Al₂O₃. 

Popioły lotne V,W otrzymywane są przez elektrostatyczne lub mechaniczne osadzanie pylastych cząstek( o średnicy mniejszej niż 0,2 mm ) spalin z palenisk opalanych pyłem węglowym.  

Własności hydrauliczne i własności pucolanowe,

własności hydrauliczne mają materiały same zawierające wapń, natomiast własności pucolanowe wykazują materiały, do których trzeba wapń dostarczyć jako ”aktywizator”, a jednocześnie  składnik związków:

• Popiół lotny krzemionkowy V - jest to popiół z pyłu węgla kamiennego. Główne składniki to SiO₂, Al₂O₃. Wykazuje własności pucolanowe

• Popiół lotny wapienny W -jest to popiół z węgla brunatnego, zwykle zawierającego dużo CaO.

      Wykazuje właściwości hydrauliczne i pucolanowe.

Wapień ( kamień wapienny ) L,LL jest to zmielony do dużej miałkości (około 5000cm²/g) węglan wapniowy.

Zawartość węglanu wapnia min 75% masy.

Całkowita zawartość węgla organicznego powinna spełniać jedno z 2 kryteriów

     -LL- nie powinna przekraczać 0,20% masy

     -L-   nie powinna przekraczać 0,50% masy:

Nie ma on właściwości wiążących, pucolanowych czy hydraulicznych. Wpływa na poprawę niektórych właściwości betonu. 

Pył krzemionkowy D  składa się z bardzo drobnych kulistych cząstek  o dużej zawartości bezpostaciowej krzemionki. Powstaje w elektrycznych piecach łukowych przy produkcji krzemu lub żelazostopów. 

• Rodzaje cementów i ich podstawowe właściwości

W zależności od rodzaju składnika głównego, nie klinkierowego, cementy powszechnego użytku dzieli się na pięć rodzajów:

Nazwa	Rodzaj cementu	Symbol	Maksymalna ilość składnika nie klinkierowego (%)	Minimalna ilość klinkieru cementowego (%)
Cement portlandzki	CEM I	CEM I	5	95
Cement portlandzki mieszany	CEM II	CEM II/A CEM II/B	20 35	80 65
Cement hutniczy	CEM III	CEM III/A CEM III/B CEM III/C	65 80 95	35 20 5
Cement pucolanowy	CEM IV	CEM IV/A CEM IV/B	35 55	65 45
Cement wieloskładnikowy	CEM V	CEM V/A CEM V/B	60 80	40 20

Symbole A i B określają ilość składnika głównego nie klinkierowego.  

CEM I  (cement portlandzki ) 

      -    zawiera co najmniej 95% klinkieru ,

• miałkość ziaren 2700cm²/g ( dominująca średnica ziaren to 20 do 40 m,

     dopuszcza się od 5 do 15% nadziarna o średnicy do 200 m),

• gęstość nasypowa wynosi 1,1 do 1,3 kg/dm³ (b. mała, bo ziarenka cementu

      absorbują na powierzchni powietrze w postaci pęcherzyków mikroskopijnej

      wielkości),

• gęstość właściwa wynosi 3,1 kg/dm³,

• powierzchnia ziaren jest stosunkowo słabo zwilżalna wodą a ziarna w zetknięciu z wodą mają tendencję do koagulacji ( zbijania się w grudki );mogą temu zapobiec plastyfikatory,

• jest higroskopijny; wilgoć z powietrza prowadzi do wietrzenia cementu

• stosowany do wszystkich konstrukcji betonowych i żelbetowych bez względu na porę roku i warunki dojrzewania..

CEM III (cement hutniczy) 

Głównym jego składnikiem nie klinkierowym jest granulowany żużel wielkopiecowy, którego maksymalna ilość w odmianie A wynosi 65% a w odmianie B- 80% . 

Ma on właściwości zbliżone do właściwości CEM I.

Zawiera mniej CaO , natomiast więcej SiO_2. 

W porównaniu do CEM I cechują go następujące właściwości:

• opóźniony o około 30 % początek i koniec wiązania,

• wolniejszy proces wiązania i twardnienia,

• większa odporność na działanie środowiska o średniej agresywności , zwłaszcza siarczanowej,

• wydzielanie mniejszej ilości ciepła przy wiązaniu,

• większe przyrosty wytrzymałości po 28 a zwłaszcza po 90 dniach

• mniejszy o 40% skurcz,

• niższa nasiąkliwość, a więc większa mrozoodporność.

 

CEM IV ( cement pucolanowy )- nie jest produkowany aktualnie w Polsce. 

Głównym jego składnikiem jest naturalna lub sztuczna pucolana, której maksymalna ilość w odmianie A wynosi 35%  a w odmianie B  -  55%.

Cement ten charakteryzuje:

• niskie ciepło hydratacji,

• powolne przyrosty wytrzymałości początkowych,

• dynamiczne przyrosty wytrzymałości późniejszych,

• odporność na agresję chemiczną.

• Wytrzymałość na ściskanie

Wytrzymałość na ściskanie jest najważniejszą właściwością cementu . Jest to 28-dniowa wytrzymałość normowej zaprawy, wykonanej przy użyciu tego cementu wg PN-EN-196-1 .

 Klasa wytrzymałości cementu to wyrażona w MPa gwarantowana wytrzymałość na ściskanie zaprawy normowej, dojrzewającej w określonych przez normę warunkach i zbadanej po 28 dniach. 

W zależności od:

• wytrzymałości normowej ( 28 dni )

• wytrzymałości wczesnej (2 dni )

rozróżnia się 6 klas cementu powszechnego użytku

Klasa

Wytrzymałość na ściskanie, MPa

Początek czasu wiązania

Stałość objętości-   rozszerz. , mm

Zalecane klasy cementu do betonu

wczesna

Normowa

2 dni

7 dni

28 dni

min

32,5

-

>16

>32,5

<52,5

>75

<10

B7,5-B40

32,5R

>10

-

42,5

>10

-

>42,5

<62,5

>60

B30-B50

42,5R

>20

-

52,5

>20

-

>52,5

-

>45

B50 i więcej

52,5R

>30

-

 
 

R - cementy charakteryzujące się wysokimi wytrzymałościami wczesnymi 

 

5)CEMENTY SPECJALNE:

• Biały:

• w Polsce produkowany w dwóch klasach 32,5 i 42,5. Produkowane na tym samym klinkierze co cement portlandzki, ale o ograniczonej zawartości Fe₂O₃(
  

• Temperatura wypalania 1500-1600 st. C. ( zmniejszona ilość topnika Fe₂O₃) z dodatkiem białego składnika(ziemi okrzemkowej)

• paliwo do jego wypalania to gaz albo paliwo płynne; podgrzewa się je do temperatury 800 st. C bez dostępu tlenu i wówczas Fe₂O₃ => FeO

• Zastosowanie: parapety, tynki dekoracyjne, kolorowe płyty chodnikowe

• Hydrotechniczny:

• do wykonywania bardzo dużych bloków

• produkowany z klinkieru portlandzkiego o ograniczonej zawartości [C3A] i kamienia gipsowego

• zawierają mniej alitu i belitu

• mają mały skurcz

• stosunkowo wolno wiążą

• po 3 dniach mają kaloryczność 210kJ/kg

• charakteryzuje się małym ciepłem uwodnienia

• gwarantowana wytrzymałość 32,5 MPa

• Glinowy:

• wiązanie związane jest z Al₂O₃

• wypalany jest z boksytu ( duża zawartość Al₂O₃) w temp. 1600 st. C

• potrzebuje około 30% więcej wody zarobowej od cementu portlandzkiego

• bardzo wysoka odporność m.in. chemiczna

• wysoko kaloryczny

• wytrzymały na dużą temperaturę

• nie wykazuje skurczu i pęcznienia

• stosowany w budowlach hydrotechnicznych

6)ZWIETRZENIE CEMENTU- reakcja składników cementu z parą wodną i dwutlenkiem węgla, powoduje to zmniejszenie własności wiążących cementu.

Objawy to pokazanie się grudek

• Jeśli grudki daje się łatwo ugnieść; wrzucone do wody rozpuszczają się to można stosować do betonu (ale bez grudek)

• Jeśli grudki nie rozpuszczają się to przesiewamy przez sito.

• Jeśli zawartość grudek jest mniejsza niż 30%, wówczas cement możemy stosować do betonu (należy wtedy zbadać jego wytrzymałość).

• Jeśli zawartość grudek jest większa niż 30%, wówczas cementu nie możemy stosować do betonu (ewentualnie do zapraw o nie wymaganej dużej wytrzymałości).

ODŚWIEŻANIE CEMENTU -

Metody odświeżania:

• Przemiał cementu

• Stosowanie wody zarobowej (4% roztwór HCl)

7) KRUSZYWA

a) Klasyfikacja kruszyw z uwagi na pochodzenie :

Z uwagi na pochodzenie rozróżniamy trzy rodzaje kruszyw:

• kruszywo naturalne - kruszywo pochodzenia mineralnego, które poza obróbką mechaniczną (np. kruszenie, płukanie) nie zostało poddane żadnej innej obróbce

• Niełamane (chyba to samo, co otoczakowe) (przykłady kruszyw naturalnych niełamanych: piasek, żwir, otoczaki, pospółka)

• Łamane (przykłady kruszyw naturalnych łamanych: miał, grys, tłuczeń, kliniec)

• kruszywo sztuczne - kruszywo pochodzenia mineralnego, uzyskane w wyniku procesu przemysłowego obejmującego termiczną lub inną modyfikację (przykłady: żużle wielkopiecowe i paleniskowe, pollytag, keramzyt)

• kruszywo z recyklingu - kruszywo powstałe w wyniku przeróbki nieorganicznego materiału (przykłady: gruz ceglany, gruz betonowy)

b) Klasyfikacja ze względu na wielkość ziaren:

Wymiar ziaren wg normy d/D

Gdzie:

d- ziarno zatrzymało się na dolnym sicie

D- ziarno przeszło przez górne sito

• kruszywo drobne o wymiarach ziaren D≥4mm

• kruszywo grube w wymiarach ziaren D>4mm, d≥2mm

• kruszywo mieszane

• kruszywo naturalne 0/8mm: pospółka pochodzenia lodowcowego lub rzecznego

• kruszywa o ciągłym uziarnieniu - mieszanka kruszywa drobnego i grubego, ziarna 0/45mm

c) Własności fizyczne kruszyw

Jamistość - jest to procentowa zawartość wolnych przestrzeni między ziarnami kruszywa.





_n - gęstość nasypowa kruszywa [kg/m³]

_o - gęstość objętościowa kruszywa [kg/m³]

Porowatość - jest to stosunek objętości porów ziaren kruszywa do całkowitej objętości próbki kruszywa. Wynika ona z komórkowej struktury kruszyw lekkich




gdzie:

ρ_p - gęstość

ρ_a - gęstość objętościowa (pozorna)

s - szczelność

Wodożądność - ilość wody, ktorą trzeba dodać do kruszywa, aby uzyskać odpowiednią płynność mieszanki.

Wodowięźliwość - ilość wody, którą kruszywo potrafi zatrzymać. Cecha ta zależy od uziarnienia kruszywa - im mniejsze ziarna tym lepiej trzymają wodę. Kruszywo magazynuje wodę w postaci wody błonkowej, meniskowej lub kapilarnej.

d) Wskaźnik uziarnienia- mówi o zawartości frakcji grubych. Im wyższa ta liczba tym stosunek ciężarowy ziaren drobnych do grubych będzie niższy.

Określenie wskaźnika uziarnienia piasku do zapraw polega na rozsianiu na sitach kwadratowych próbki na frakcje 0-0,063mm; 0,063-0,125 mm; 0.125-0,25mm; 0,25-0,5 mm; 0,5-1,0 mm; 1,0-2,0 mm i 2,0-4,0 mm. Na podstawie wyników dokonanej w ten sposób analizy sitowej należy sporządzić wykres uziarnienia i wyznaczyć wartości odsiewu dziesiętnych ułamkach masy próbki. Suma uzyskanych wartości odsiewu jest wskaźnikiem uziarnienia.

Wskaźnik uziarnienia Kuczyńskiego- umożliwia porównanie jakości kruszyw normowych o różnych uziarnieniach. Określa stosunek ciężaru ziaren grubych do sumy ciężaru ziaren. Obliczamy go ze wzoru:
,gdzie f_i - ciężar masy pozostałej na i-tym sicie

Im wyższy U_k tym kruszywo jest lepsze. Dobre U_k mieści się w granicach
.

Dla piasku wzór:


e)Efekt ściany- podczas formowania elementu betonowego tak zwany efekt ściany może w pewnych przypadkach powodować, iż w niektórych obszarach elementu mieszanka betonowa może być istotnie zubożona w zaprawę cementową. Efekt ten występować może zwłaszcza w elementach o małej objętości, rozbudowanej powierzchni zewnętrznej oraz o dużym zagęszczeniu prętów zbrojeniowych.

f)ziarna reaktywne (reagują z alkalami) dzielimy na:

• AAR (alkali aggregate reactions)

• ASR ( alkali silica reactions)

Np. łupki ilastomikowe, granity, gnejsy granitowe i granitowo-diorytowe, kwarcyty

• ACR(alkali carbonate reactions)

Np. dolomity, zdolomizowane wapienie z domieszkami ilastymi.

Ich kontakt z wodą i poszczególnymi czynnikami powoduje, że przechodzą w żel kilkunastokrotnie zwiększając swoją objętość i rozsadzają materiał.

9.Domieszki do betonu

Substancje organiczne lub nieorganiczne stanowiące mniej niż 5% całkowitej masy cementu, nie traktowane jako składnik objętościowy. Są to płyny, proszki, zawiesiny modyfikujące właściwości betonów wskutek reakcji fizycznych, chemicznych i fizyko-chemicznych.

Plastyfikatory i superplastyfikatory („upłynniacze”)

Cel zastosowania

• Zwiększenie ciekłości mieszanki bez zmiany W/C i ilości zaczynu (uplastycznienie mieszanki betonowej i ujednorodnienie jej konsystencji, polepszenie urabialności)

• Obniżenie ilości zaczynu dla zaoszczędzenia cementu i obniżenia skurczu przy zachowaniu wyjściowej konsystencji i wytrzymałości betonu (bez zmiany W/C)

• Obniżenie ilości wody (o 15% dla plastyfikatorów, 40% dla superplastyfikatorów przy zachowaniu konsystencji wyjściowej) w celu uzyskania wzrostu wytrzymałości i polepszenia pozostałych właściwości betonu, zmniejszenie W/C

Działanie

Plastyfikatory (składniki działające: związki kwasu lignosulfonowego)

Polepszenie zwilżalności powierzchni ziaren cementu (związki lignosulfonowe mają grupy hydrofilne przyciągające cząsteczki wody i części adsorbujące się na powierzchni ziaren cementu i kruszywa. Wynikiem tego jest oddzielenie od siebie ziaren cementu i dokładne otulenie cieńszą otoczką wody)

Superplastyfikatory (składniki działające: żywice syntetyczne - melaminowa, naftalenowa, formaldehydowa, akrylowa itd.)

• Rozproszenie (dyspersja) ziaren cementu poprzez nadanie ich powierzchniom ładunku ujemnego; najczęstszy sposób działania plastyfikatorów

• Obniżanie napięcia powierzchniowego wody (działanie zwilżające możliwe dzięki istnieniu grup hydrofilnych na cząstkach domieszki)

• Neutralizowanie sił przyciągania między ziarnami cementu (zadsorbowane cząstki domieszki na powierzchni ziaren cementu działają na zasadzie warstwy poślizgowej, następuje rozluźnienie skupisk ziaren i rozpad koagulantów)

Zastosowanie

Plastyfikatory (np.Klutan): mieszanki transportowane; mieszanki o konsystencji plastycznej; betonowanie większych masywów

Sureplastyfikatory (np. Viscoctrete): transportowanie mieszanki betonowej, konstrukcje silnie zbrojone i trudnodostępne, ze względu na koszt stosuje się zwykle tylko do betonów wysokich wytrzymałości

Domieszki napowietrzające (np.Abiesod, Betostat, Betoplast N)

Cel zastosowania

Podwyższenie mrozoodporności (pęcherzyki przerywają ciągłość kapilar, woda w nasyconym betonie napowietrzonym nie dostaje się do zamkniętych pęcherzyków, podczas zamarzania lód „wciska się” w puste pęcherzyki i nie następuje rozsadzanie betonu.

Dokładność i jednorodność napowietrzenia (jakość betonu napowietrzonego) zależy od:

• Intensywności mieszania

• Składu granulometrycznego najdrobniejszego kruszywa

• Sposobu zagęszczania

Działanie

Cząsteczki domieszki gromadzą się na powierzchni wody obniżając jej napięcie powierzchniowe. Jest to efektem biegunowej budowy nitkowatych cząstek preparatu - jeden z końców ma właściwości hydrofobowe. W czasie mieszania domieszka działa spieniająco, tworzą się zamknięte pęcherzyki powietrza o wielkości 0,2 - 0,35 [mm], rozłożone równomiernie w zaczynie, które w trakcie twardnienia betonu ulegają mineralizacji na swej powierzchni i są jak gdyby trwałym składnikiem betonu. Preparaty powodują również lepszą dyspersję ziaren cementu.

Zastosowanie

Budowle hydrotechniczne; nawierzchnie drogowe i lotniskowe; wykonywanie betonu w okresie zimowym

Domieszki opóźniające wiązanie (np. Retarbet, Dikszopt)

Działanie

Fizyczne utrudnienie wiązania cementu lub spowolnienie tego procesu poprzez pokrycie ziaren cementu (lub tylko C₃A) domieszką lub na skutek rozpuszczenia się jej w wodzie.

Beton z tą domieszką charakteryzuje się niższą wytrzymałością początkową i wolniejszym twardnieniem, ale wyższą wytrzymałością końcową.

Zastosowanie

Betonowanie w wysokiej temperaturze; potrzeba właściwego powiązania ze sobą układanego warstwami betonu; betonowanie dużych masywów, niedopuszczenie do nieszczelności w miejscach styków roboczych; długi okres transportu mieszanki; spodziewane dłuższe przerwy w betonowaniu konstrukcji monolitycznych; usunięcie zaczynu z powierzchni elementu w celu uzyskania specjalnej kruszywowej faktury

Domieszki przyspieszające wiązanie i twardnienie

Ze względu na sposób działania wyróżniamy dwie grupy domieszek:

I - powodujące prawie natychmiastowe wiązanie cementu; następuje obniżenie wytrzymałości betonu, dlatego są stosowane do małych ilości zapraw i betonów do tamponowania rys i otworów w przypadku przeciekania wody (np. Hydrofix, szkło wodne)

II - brak gwałtownych reakcji wiązania; skrócenie wiązania i przyspieszenie okresu twardnienia (np. Rapidbet, Akcelbet, Optibet - nie zawierają chlorku wapniowego, przeznaczone do przyspieszania wiązania betonu w warunkach naturalnych dojrzewania lub przy naparzaniu bezciśnieniowym (do 80⁰C); chlorek wapniowy Ca Cl₂ - intensywna reakcja z glinianem trójwapniowym dająca związek zarodnikujący proces twardnienia, przyspieszenie hydratacji krzemianów wapniowych, powoduje korozję stali)

Domieszki uszczelniające

Działanie

Domieszka działa wg jednego z poniższych mechanizmów:

• Zmniejszenie liczby i przekroju porów oraz kanalików kapilarnych

• Zablokowanie porów otwartych w wyniku wytworzenia mikroskopijnych pęcherzyków powietrza lub spęcznienia ziaren pyłu gliny

• Związanie wodorotlenku wapnia w nierozpuszczalne związki blokujące filtrację wody

• Hydrofobizacja wgłębna zaprawy lub betonu

(np. Hydrozol - zawiera glinkę bentonitową i kaolinową zwiększające objętość po zetknięciu się z wodą, więc uszczelniające pory)

Domieszki barwiące

Substancje barwiące to np. tlenki metali: tlenek chromu (zieleń), czerwień żelazowa, żółcień żelazowy; farby mineralne naturalne lub sztuczne, barwniki organiczne.

10.Dodatki do betonu

Substancje wpływające na objętość betonu dodawane w ilości większej niż 5%. Mają postać pyłów, okruchów bądź włókien. Stosowane w celu polepszenia właściwości betonu, zaoszczędzenia cementu lub uzupełnienia pylastych frakcji kruszywa

• Obojętne(obojętne chemicznie lub prawie obojętne w stosunku do składników cementu)

• Pucolanowe (brak właściwości wiążących, tworzą związki nierozpuszczalne w wodzie, zawierają dużo krzemionki)

Popiół lotny

• Poprawia urabialność mieszanki

• Podwyższa odporność na agresywne środowisko siarczanowe

• Pozwala obniżać ilość cementu

• Spowalnia twardnienie betonu

• Podwyższa odporność na temp. z 400⁰C do 600⁰C

• Skurcz betonu maleje proporcjonalnie do ilości cementu zastąpionego popiołem lotnym

• Wodoszczelność betonu maleje z reguły przy zmianie cementu na popiół, zawsze wzrasta po dodaniu popiołu bez obniżania ilości cementu

• Nasiąkliwość nieznacznie wzrasta lub nie ulega zmianie

• Mrozoodporność maleje

• Zmiany modułu sprężystości betonu z dodatkiem popiołu są proporcjonalne do zmian wytrzymałości na ściskanie

• Popiół dodany do betonu o zwartej strukturze nie powoduje korozji stali zbrojeniowej

Zastosowanie

• C12/15 wykonywany na placu budowy przy temp. powyżej 5⁰C

• C20/25 wykonywany przemysłowo

• Betony naparzalne w cyklach długich i średnich klas niższych równych C30/37

• Betony do wykonywania elementów z kanałami spalinowymi

• Betony na fundamenty i konstrukcje o masywnych przekrojach

Dodatek rozproszonych włókien

Betony z dodatkiem włókien (np. szklanych, stalowych, mineralnych, polipropylenowych, nylonowych itd.) nazywamy fibrobetonami. Beton z cienkim włóknem stalowym nazywa się w Polsce drutobetonem.

Działanie drucików:

• Obniżenie skłonności do tworzenia się mikrorys skurczowych w betonie

• Utrudnienie propagacji rys podczas obciążenia betonu

• Współpraca z matrycą betonową przy przenoszeniu obciążeń

Zalety zastosowania dodatku cienkiego stalowego drutu do betonu:

• 3-krotne podwyższenie wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu oraz na skręcanie

• Obniżenie skurczu o 20 - 40%

• Podwyższenie wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie do 15%

• Podwyższenie odporności na ścieranie

• Wzrost odporności na zmęczenie o co najmniej 100%

• 9-krotny wzrost udarności

• Pełna mrozoodporność

• Obniżenie modułu sprężystości o 10 - 25%

• Kilkudziesięciokrotny wzrost energii zniszczenia

Zastosowanie

Nawierzchnie silnie obciążone i o dużym ruchu, wykonywanie elementów cienkościennych, naprawa betonu w konstrukcji (np. metoda natrysku)

11.Mieszanka betonowa

 

Mieszanka betonowa jest w ujęciu praw fizyki ciałem plastycznym, łatwo deformującym się pod działaniem siły i zachowującym stan statyczny po ustaniu jej działania. Zjawisko to świadczy o tym że w mieszance betonowej występują siły spójności. Pochodzą one od lekpości zaczynu i tarcia wewnętrznego stosu kruszywa. Ruchliwość mieszanki zależy od zawartości zaczynu cementowego, który spełnia jednocześnie rolę smaru zmniejszającego tarcie wewnętrzne i jednocześnie kleju spajającego ziarna , niepozwalając im na swobodne oddzielenie się od mieszanki.

 

Konsystencja i urabialność

Urabialność to zdolność mieszanki betonowej do obróbki. Wpływ na urabialność ma:

-konsystencja

-ilość zaczynu

-rodzaj kruszywa

-ruchliwość i podatność zaczynu (zaprawy)

 

Im mniejsza średnica ziaren tym większa urabialność. Urabialność wzrasta wraz ze wzrostem obłości kształtu ziaren.

Konsystencja mieszanki rozumiana jako jej stan ciekłości obrazuje zdolność do odkształceń (rozpływu) pod wpływem obciążenia. W zależności od metody badania, obciążeniem może być ciężąr własny mieszanki bądź dodatkowe oddziaływanie zewnętrzne. Norma europejska rozróżnia cztery „klasy” konsystencji : Klasy według opadu stożka, klasy stopnia zagęszczalności, klasy według metody Ve-Be, Klasy według metody rozpływu. Polskie normy zalecają metodę Ve-Be oraz stożka opadowego.

Metoda Ve-Be :

Badanie tą metodą polega na ustaleniu czasu w sekundach, koniecznego do rozpłynięcia się mieszanki do określonego stopnia w wyniku poddania jej drganiom w aparacie Ve-Be, przeznaczona jest do pomiaru konsystencji bardziej sztywnych.

Metoda stożka opadowego:

Głównym elementem sprzętu jest forma stożkowa, która wypełnia się mieszanką betonową. Następnie zdejmuje się formę i ustawia ją obok opadłej mieszanki. Różnica wysokości jest miarą konsystencji. Metoda stosowana jest do mieszanek o konsystencjach bardziej ciekłych. Mieszanka opada tylko pod własnym ciężarem.

 

Warunek objętości absolutnej -Zakładamy że pojemnik 1000l będzie wypełniony w całości (cement + woda + kruszywo -> bez powietrza)

 

V=C/r_c + K/rk + W =1000

Gdzie:

C= ilość dozowanego cementu, kg/m3 betonu

r_c =gęstość cementu, kg/dm3

K= ilość kruszywa, kg/m3 betonu

r_k= gęstość kruszywa, kg/dm3

W= ilość wody, dm3 na m3 betonu

 

 

 

 

Projektowanie betonu

 

Metoda trzech równań:

Można ją stosować tylko w tym przypadku, gdzy kruszywo traktuje się jako całość, nie rozdzielając w obliczeniach na drobne i grube. Można tak postępować, jeśli kruszywo zostanie ocenione jako dopuszczalne do zastosowania.

Metody trzech równań polegają na obliczeniu trzech poszukiwanych wartości, tj. ilości cementu, kruszywa i wody w kg/m³ mieszanki betonowej dzięki wykorzystaniu podstawowych równań

Równanie wytrzymałości

; dla

; dla

Równanie szczelności

C/r_c + K/rk +P/rp + W =1000

 

Równanie wodożądności (równanie ilości wody)

 

Gdzie

=wytrzymałość normowa na ściskanie, czyli po 28 dniach

,=wsp. zależny od rodzaju i marki kruszywa oraz od klasy wytrzymałości cementu

= wodożądność cementu, dm3/kg

= wodożądność dodatku mineralnego, dm3/kg

= wodożądność kruszywa, dm3/kg

P= ilość dodatku mineralnego, kg/m3 betonu

r_p= gęstość dodatku mineralnego, kg/dm3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Metoda Iteracji

 

-etapem pierwszym jest dobór kruszywa (stosu okruchowego)

Należy beton tak wymieszać aby stos dał jak najmniejszą jamistość

-etapem drugim jest iteracja wykresu m_k od rk

 


 

-etap trzeci: mając uziarnienie możemy dalej postępować analitycznie (metoda 3 równań)

-etap czwarty: odmierzamy nową masę kruszywa i sporządzamy zaczyn, który iterujemy pod względem zawartości kruszywa

 

Metoda iteracji jest lepsza do betonów lekkich oraz betonów samozagęszczalnych.

 

 

/Metoda iteracji polega, jak sama nazwa wskazuje, na dokonywaniu pewnych prób. Celem tej

metody jest znalezienie takich stosunków kruszyw mających się składać na mieszankę, które

zapewniają najlepszą szczelność. Proces rozpoczynamy od dosypywania do gruntu o

największych wymiarach ziaren (grys) grunt o średnich wymiarach ziaren (żwir). Po

uzyskaniu maksymalnej szczelności rozpoczynamy dodawanie gruntu o najmniejszych

ziarnach (piasek) aby wypełnił on luki między ziarnami o większych wymiarach

poprzedniego gruntu./

 

12.Beton zwykły

 

Parametry wytrzymałościowe

 

Wytrzymałość na ściskanie jest najważniejszą cechą betonu zwykłego i w większości przypadków tylko tę cechę przyjmuje się za podstawę przy wymiarowaniu konstrukcji z betonu. W praktyce budowlanej najpierw projektuje się konstrukcję, zakładając z góry określoną wytrzymałość betonu. Następnie projektuje się taki zestaw składników betonu, aby beton ten uzyskał założoną wytrzymałość, oczywiście przy uwzględnieniu warunków wykonywania oraz założoną trwałość

 

Wytrzymałość charakterystyczna:

Jest podstawową wytrzymałością na ściskanie, która musi zapewnić wykonawca z prawdopodobieństwem 95%.

Wytrzymałość gwarantowana - beton powinien ją uzyskać po 28 dniach, ale przy odpowiednich uzgodnieniach z projektantem obiektu można, dostosować do tempa wznoszenia obiektu, czas ten skrócić lub wydłużyć, lecz nie ponad 90 dni.

 

Wytrzymałość średnia - po wieloletnich doświadczeniach ustalono, że beton wykonywany w identyczny sposób nie uzyskuje jednak takiej samej wytrzymałości, gdyż wacha się ona w pewnych granicach. Takie zjawisko zachodzi przez cały okres dojrzewania betonu. Dotyczy to zarówno wytrzymałości określanych na próbkach wykonywanych z tego samego zarobu dla danej serii, jak i dla zbioru serii danej partii betonu.

Można stwierdzić, że gwarancja uzyskania średniej wytrzymałości wynosi 50%. Jeśli oddzieli się 5% wyników najsłabszych, to najniższa wytrzymałość będzie wytrzymałościa charakterystyczną.

 

Wzór Bolomey'a

 

Od dawna poszukiwano i poszukuję się możliwie dokładnego związku pomiędzy składem betonu a jego wytrzymałością. Najprostszą postać wzoru podał Bolomey:

 

Gdzie

=wytrzymałość normowa na ściskanie, czyli po 28 dniach

=współczynnik cementowo-wodny równy masowemu stosunkowi ilości cementu do wody w mieszance betonowej

A =wsp. zależny od rodzaju i marki kruszywa oraz od klasy wytrzymałości cementu

A=wsp. Zależny od jakości cementu

Tak sformułowaną zależność przyjęły też polskie normy, ustalając w dostosowany do badania wytrzymałości na kostkach 15x15x15 cm.

 

 

 

 

13. Betoniarki


Najpowszechniej stosowane betoniarki o pracy cyklicznej, dzielą się na wolnospadowe(1) i przeciwbieżne o mieszaniu wymuszonym(2). Główna cecha wolnospadowej - mieszanina unoszona jest do góry, po czym spada w dół pod własnym ciężarem, w wolnospadowej można wykonywać tylko mieszanki o konsystencjach plastycznych i ewentualnie półciekłych, pojemności od 50 do 500 dm3.


1 2

W betoniarkach o wymuszonym mieszaniu, ruch bębna jest przeciwny do ruchu mieszadeł. Mieszarki te pracują przy pionowym usytuowaniu osi obrotu, można wyrabiać mieszanki o dowolnych konsystencjach, ale najlepsze są dla konsystencji gęstszych. Efekt urabiania w tych betoniarkach jest wyższy.

Kolejność dozowania

Dwa warunki: po pierwszy - przed wsypaniem kruszywa i cementu należy betoniarki wolnospadowej wlać ok 1/3 ilości wody zarobowej. Po kilku obrotach dla oczyszczenia ścian z resztek poprzedniego urobku wsypać porcjami na zmianę kruszywo i cement. Po następnych kilku obrotach wlewać resztę wody podczas obrotu bębna. Do wolnospadowej kruszywo ładuje się łopatami. Po drugie - w przypadku betoniarek o wymuszonym ruchu należy najpierw dokładnie przemieszać kruszywo z cementem i dopiero dolewać wodę sukcesywnie w miarę mieszania. Dąży się do operowania całymi workami cementu a kruszywo doprowadza się koszem zasypowym lub transportem taśmowym. Składniki dozuje się tylko wagowo.

Transport


rozróżnia się transport bliski, w obrębie placu budowy <250m i transport daleki z odległej nawet o kilkadziesiąt kilometrów wytwórni. Nie można dopuścić w trakcie transportu do: rozsortowania składników, rozpoczęcie procesu wiązania, rozrzedzenia mieszanki, zbytniego ochłodzenia.

Transport bliski: taczki, wózki ręczne i o napędzie mechanicznym, koleby(rys), transportery taśmowe. Transport daleki: betoniarki i wywrotki samochodowe. Transport pompowy tylko na terenie budowy. Transport metodą rynnową.

Układanie mieszanki

sposób ukłądania mieszanki betonowej zależy od typu konstrukcji, konsystencji mieszanki i sposobu zagęszczenia, co sprawia, że musi to być z góry zaplanowane. Wysokość swobodnego zrzucania należy maksymalnie ogranicznyć, max 1.0m. Przy konsystencji ciekłej max 0.5m. Przy większych wysokościach należy używać rur, rękawów, rynien itp., ostatni odcinek opadania musi być pionowy. Mieszankę betonową można układać warstwami poziomymi ciągłymi (niezbyt duże powierzchnie), poziomymi ze stopniami(grube elementy), pochyłymi (elementy długie np. ławy fundamentowe).

Wibrowanie mieszanki


należy uważać aby podczas wibrowania nie spowodować rozsegregowania mieszanki, wibrowanie należy zakończyć w momencie pojawienia się na powierzchni betonu mleczka cementowego. Wibrator jest charakteryzowany częstotliwością drgań, amplitudą i siłą bezwładności. Rodzaje wibratorów można podzielić wg trzech następujących kryteriów: sposobu przekazywania drgań, urządzenia wywołującego drgania w wibratorze i rodzaju siły poruszającej. Najważniejszy jest sposób przekazywania drgań, w tym zakresie można wyróżnić wibratory: pogrążalne, powierzchniowe, przyczepne i stoły wibracyjne. Na placu budowy stosowane są najczęściej wibratory pogrążalne(rys).


Wibratory pogrążalne oddziałują bezpośrednio na mieszankę w wyniku zanużenia ich w tej mieszance. Istneją typy: iglicowy, mieczowy, buławowy. Najczęściej stosowany jest wibrator buławowy, pozostałe stosuje się tam gdzie buławowy się nie nadaje. Poprawny sposób stosowania: - wibrator opuszczać z taką prędkością z jaką sam opada, - unoszenie w górę jednostajne, - buławę opuszczać i unosić pionowo, - odległość kolejnego zapuszczenia równa ok 1.5 promienia zasięgu działania wibratora, - nie dotykać zbrojenia bo wtedy przy pręcie zbiera się woda i obniża szczepność z betonem.

Odpowietrzanie mieszanki betonowej

technika polega na odciągnieciu po wywołaniu podciśnienia nadmiaru wody i powietrza. Mieszanka łatwiej układa się w formie gdy zawiera więcej wody, natomiast wytrzymałość betonu rośnie, gdy wody zarobowej w mieszance jest mniej. Odciąganie wody staje się możliwe dzięki zastosowaniu specjalnego, szczelnego deskowania oraz pomp wywierających podciśnienie. Depresja ciśnienia przenosząca się w głąb masy betonowej powoduje, że w miarę ubytku wody i powietrza mieszanka betonowa osiada i zagęszcza się. Ziarna cementu zbliżają się do siebie, pory maleją, rośnie wytrzymałość betonu. Zasięg podciśnienia w mieszance jest ograniczony dlatego stosuje się różne zestawy deskowania w zależności od wymiarów próżniowanej masy.

Wirowanie

technologia polega na wykorzystaniu siły odśrodkowej do zagęszczenia mieszanki. W tym celu stosujemy mieszankę o konsystencji półciekłej bądź plastycznej. Ziarna kruszywa jako cieższe skupiają się na zewnętrznej ścianie wirowanego elementu, woda zostaje wypchnięta do środka a jej nadmiar wypływa czemu wartość końcowa W/C znacznie maleje. Metoda stosowana głównie do produkcji rur, pali i słupów wewnątrz drążonych.

Beton pompowy

konsystencja mieszanki musi być plastyczna. Przy suchej może następować korkowanie a przy bardziej ciekłej segregacja i w konsekwencji także korkowanie. Mieszanka z kruszywem do 16mm transportuje się znacznie łatwiej niż z kruszywem do 32mm. W metodach a jednostajnym ruchu uzyskuje się beton o wyższej wyrzymałości (ok 10%). mieszanka w zbiornikach przed pompą musi podlegać wolnemu mieszaniu, aby nie uległa segregacji.

Beton natryskowy


technika polega na układaniu betonu metodą narzutu pod dużym ciśnieniem. Stosuje się do wykonywania cienkościennych elementów o skomplikowanych kształtach. Beton taki wykonuje się tylko z kruszywa drobnego do 4mm ew do 8mm. Natryskuje się warstwami o grubości od 1.0 do 3.0 cm z 24h przerwami. Wyróżnia się dwa systemy natryskiwania: na sucho - stałe składniki miesza się ze sobą a z wodą łączy się dopiero u wlotu do dyszy, mieszanie z wodą następuje dopiero w dyszy powoduje to drobne odchyłki w ilości dolewanej wody co powoduje zmienną konsystencję co jest nieporządane. Na mokro - wszystkie składniki urobione są razem, do dyszy wchodzi urobiona mieszanka, daje to bardziej jednorodny beton. W praktyce natryskiwanie stosowane jest do nanoszenia dodatkowej warstwy na istniejący już beton, jako warstwę ochronną, uszczelniającą lub wzmacniającą. Dobrze wykonana warstwa nie przepuszcza wody nawet pod ciśnieniem do 1.0 MPa a wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach wynosi do 45 MPa, przyczepność natrysku do podłoża bardzo wysoka zwykle >0.15 MPa. Negatywnym problemem jest odbijanie się części narzuconej mieszanki. Objętość odprysku może dochodzić do 30% masy na ścianach pionowych i jeszcze więcej na przewieszeniach.

Układanie mieszanki pod wodą

mieszankę betonową układa się za pośrednictwem pionowo usytuowanych rur o średnicy od 25 do 45 cm, rozstawionych co ok 6m w obrębie ścianek szczelnych, stanowiących deskowanie betonowj konstrukcji. Mieszanka opuszczana przez rury musi zachować ciągłość strumienia. Inaczej ulegnie rozmywaniu wodą. Rury oparte początkowo o dno wykopu są równomiernie podciągane w górę z zachowaniem warunku, że koniec zawsze znajduje sięco najmniej 50cm poniżej poziomu warstwy betonu. Wypływająca z rur mieszanka rozpływa się wypełniając deskowanie. W szczególnych wypadkach deskowanie może stanowić prefabrykowane i zatopione elementy żelbetowe. Mieszanka w tej metodzie powinna być lepka i ciekła dlatego zaleca się stosować kruszywo otoczakowe o ciągłej krzywej uziarnienia, cement plastyfikowany lub specjalny hydrotechniczny w ilości nie przekraczającej 300kg/m3 plus dodatek mikrokrzemionki, W/C od 0.5 do 0.6 konsystencja plastyczna lub półciekła i dodatki polepszające płynność mieszanki.

Betonowanie dwuetapowe

istota metody polega na tym, że nie układa się w miejscu przeznaczenia gotowej mieszanki betonowej, lecz oddzielnie kruszywo grube i oddzielnie zaprawę. Metoda dzieli się na dwie grupy: I - w której zaprawą wypełnia się jamy pomiędzy ziarnami kruszywa grubego już po ułożeniu tego kruszywa w miejscu przeznaczenia, II - w której kruszywo zatapia się w zaprawie wcześniej wlanej do formy. Głównie rozpowszechniła się metoda I którą dzieli się na tłoczenie zaprawy od dołu ku górze, dzieki czemu dobrze otula ziarna kruszywa a po związaniu tworzy monolit i na zalewanie stosu kamieni od góry. Do betonowania pod wodą stosuje się tylko metodę wtłaczania zaprawy od spodu stosu kruszywa. Zaprawa o gęstości ok 2.2 kg/dm3 wyciska i unosi lżejszą wodę. Górna wielkość ziaren zależy tylko od wymiarów betonowanego elementu, praktycznie stosuje się ziarna do 300mm. Do wypełnienia jam potrzeba od 400 do 500 dm3 zaprawy na 1m3 betonu. Zaprawa musi być wybitnie płynna i spójna. W tym celu aktywizuje się cement zawarty w zaprawie. Tak przygotowany zaczyn miesza się z drobnym kruszywem i tę mieszankę wtłacza się w stos kruszywa. Zamiast mechanicznej koloidyzacji cementu można przygotować zaprawę w mieszarkach szybkoobrotowych, dodając środki polepszającce właściwości zaprawy. Ponieważ w tej metodzie nie miesza się kruszywa grubego w betoniarkach, stąd przez mieszalniki przechodzi tylko od 40 do 55% objętości betonu.

Termoobróbka betonu

przyspieszone dojrzewanie poprzez nagrzewanie stosuje się w zasadzie przy produkcji elementów prefabrykowanych oraz przy betonowaniu na placu budowy w okresie ujemnych temperatur. Podwyższenie temperatur powoduje przyspieszenie wszystkich reakcji chemicznych, więc również wiązania cementu. Typowy przebieg nagrzewania występuje z podziałem na 4 fazy: faza I wstępne dojrzewanie, faza II podnoszenie temperatury, faza III nagrzewanie, faza IV studzenie betonu.

Nagrzewanie parą wodną przy normalnym ciśnieniu nazywa się naparzaniem lub naparzaniem niskosprężonym. Cechuje się bezpośrednim działaniem pary wodnej jako medium grzewcze. Przy nasyceniu powietrza w 100% parą wodną nie wydobywa się woda zarobowa z nagrzewanego betonu. Naparzanie prowadzi się w zamkniętych komorach do których zostaje doprowadzona para wodna. Naparzanie jest bardzo efektywne, ponieważ odzyskuje się w tym przypadku ciepło skraplania i dlatego mała ilość pary oddaje dużą ilość ciepła.

Prace betonowe w obniżonych temperaturach

wskutek działąjącego chłodu na dojrzewający beton następuje: opóźnienie początku i końca wiązania, wydłużenie czasu wiązania, zwolnienie procesu twardnienia. W przybliżeniu można przyjąć, że spadek temperatury o 15 stopni C opóźnia początek wiązania i wydłuża czas wiązania okolo dwukrotnie. Aby roboty mogły być prowadzone beton musi uzyskać właściwą odporność zanim ulegnie zamrożeniu i musi uzyskać wymaganą wytrzymałość w określonym czasie. Dopuszcza się, aby wytrzymałość końcową beton uzyskał w okresie późniejszym, ale nie później niż po trzech miesiącach. Wyróźnić można cztery zasadnicze metody postępowania: metodę modyfikacji wykonywania mieszanki betonowej (cementy wyższych marek, szybko twardniejących, mniej ciekłych konsystencji, domieszki zimowe, stosowanie ciepłych mieszanek), metodę zachowania ciepła (ochrona betonu przed utratą ciepła aby w momencie ostygnięcia do 0 stopni C uzyskał założoną wytrzymałość), metoda podgrzewania (ciepłe powietrze, para wodna, elektronagrzew, promienie podczerwone), metoda cieplaków ( prowizoryczne pomieszczenie w którym można utrzymać wyższą temperaturę).

Pielęgnacja betonu

zabiegi podejmowane od momentu ułożenia i zagęszczenia mieszanki betonowej. Mają na celu zapewnienie prawidłowej temperatury, wilgotności, ochrony przed szkodliwym działaniem wstrząsów, strug wody czy deszczu. Brak odpowiedniej pielęgnacji prowadzi do obniżenia wytrzymałości końcowej, do kruchości, nadmiernych odkształceń i spękań. Skuteczność pielęgnacji jest wyższa jeżeli nie dopuści się do zbyt dużych różnic wilgotności i temperatury w elemencie pielęgnowanym. Duże różnice prowadzą do migracji wody i gradnientów naprężeń wewnętrznych. Szybkość osuszania jest przyspieszona przez: obniżanie się wilgotności względnej otoczenia, podwyższenei temperatury otoczenia, odciąganie wody przez suche, przesiąkliwe deskowanie, odciąganie wody przez grunt z betonu ułożonego na gruncie, wiatr przyspiesza parowanie w zależności od jego prędkości. Praktyczne sposoby postępowania: nawilżanie przez polewanie, nawilżanie przez zanurzenie w wodzie, zachowanie wilgotności przez przykrycie folią, ochrona przez wysoką temperaturą posypując wilgotnymi trocinami, przy duzych obiektach chłodzenie betonu od wewnątrz, w razie deszczu przykryć folią, ruch pojazdu po ułożonym deskowaniu, nie polewać mocno rozgrzanego betonu zimną wodą. Minimalny okres pielegnacji wynosi: 3 dni dla każdego betonu, 7 dni dla dużych powierzchni, gdy beton jest z cementu portlandzkiego, 14 dni dla dużych powierzchni dla betonu z cementu CEM II do CEM IV, 14 dni dla betonów wodoszczelnych. Bardzo ważne jest aby zacząc pielęgnację natychmiast po ułożeniu betonu.

14. BETONY SPECJALNE.

 

 

1) WYSOKOWYTRZYMAŁE

 

Inaczej wysokowartościowe, beton wysoko wytrzymały na ściskanie, klasy: C50/60 - C60/70 (betony ciężkie, zwykłe), od LC50/55 (lekkie).

 

Skład: -cement klas >= 42,5

  -superplastyfikator (upłynniacz)

  -wysokiej jakości kruszywo (grube-bazalt, piasek kwarcowy),

 

Nieciągłe uziarnienie, zapewniające jamistość.

 

Zastosowanie: kontr. wstępnie sprężone, platformy wiertnicze, nawierzchnie lotnisk, mosty,

  wiadukty.

 

 

2) MROZOODPORNE

 

Taką właściwość posiadają betony hydrotechniczne, czyli takie, będące przystosowane do bezpośredniego kontaktu z wodą przynajmniej z jednej strony. Możliwości wielokrotnego zamarzania zapewniają betonowi: odpowiedni stopień wodoszczelności W, mrozoodporności F i odporności korozyjnej OK.

 

Skład: -cement hutniczy (32,5), pucolanowy (32,5)

  -kruszywo otoczakowe

  -dodatki zapewniające opóźnione wiązanie, napowietrzacze

 

Zastosowanie: zapory, tamy, zbiorniki wodne, oczyszczalnie, śluzy.

 

 

 

3) WODOSZCZELNE

 

Podwyższona wodoszczelność (>=W6). Beton jest dostatecznie wodoszczelny, jeśli na powierzchni nie pojawiają się zawilgocenia i przecieki. Wsk. wodoszczelności zależy od odporności na dane ciśnienie wody, jakiemu poddany jest beton. Projektowanie takiego betonu, to dążenie do zmniejszenia do minimum ilości porów.

 

Skład: -cement portlandzki (32,5)

  -kruszywo otoczakowe, łamane

  -dodatki uszczelniające, plastyfikatory

 

Zastosowanie: kanały, nabrzeża, zapory, tamy.

 

 

 

 

 

4) ODPORNE NA WYSOKIE TEP.

 

Beton żaroodporny - pracuje w temp 250-1000st.C

Beton ogniotrwały - 1000-1400st.C

 

Betony te dzielmy również na konstrukcyjne i izolacyjne. Przy projektowaniu tych betonów istotne są takie cechy jak: odkształcalność termiczna i przewodnictwo cieplne.

 

Skład: -cement hutniczy (beton żaroodporny), glinowy (ogniotrwały)

  -spoiwa niehydrauliczne - szkło wodne (rozpuszczony w wodzie stop krzemianu

  sodowego lub potasowego z krzemionką)

  -kruszywa - szamot, korund, forsteryt, magnezyt spiekany, i bazalt, andezyt dla

  betonów dla pracy w niższych temp.

  -dodatki: drobna mączka - mikrokruszywo z materiałów bogatych w krzemionkę

  -domieszki: plastyfikatory.

 

 

 

5) ODPORNE NA ŚCIERANIE

 

Badanie ścieralności na tarczy Boehmego wykazuje grubość startej powierzchni <0,25cm

(beton przeznaczony do dużego ruchu), <0,3cm (małego i średniego).

 

Skład: -cement portlandzki (42,5)

  -piasek naturalny odm.I

  -kruszywo łamane ze skał magmowych i przeobrażonych

  -wypełniacze: kruszywo skalne, lub dla jeszcze większej odporności stłuczka

  porcelanowa lub opiłki ze stali nierdzewnej

  -domieszki: plastyfikatory

 

Konsystencja: gęstoplastyczna lub wilgotna, układana na warstwie jaszcze niewiązanego betonu podkładowego.

 

Zastosowanie: powierzchnie drogowe, lotniska, posadzki w pomieszczeniach przemysłowych.

 

 

 

6) ODPORNE NA AGRESJĘ CHEMICZNĄ

 

Stosuje się składniki o podwyższonej wodoszczelności i odporności lub powierzchnie powleka się izolacją uniemożliwiającą kontakt betonu ze środowiskiem agresywnym.

 

Skład: -cement portlandzki (32,5), hutniczy (32,5), siarczanoodporny

  -kruszywo łamane, odporne na środowisko agr.

  -dodatki: plastyfikatory, środki napowietrzające

  -popioły lotne zwiększające szczelność.

 

 

 

 

---