Kruszywa do betonów wysokowartościowych

Beton wysokowartościowy to nowy kompozyt budowlany, który pojawił się niespełna pół wieku temu. Odznacza się on wysokimi parametrami i cechami mechanicznymi, fizycznymi i chemicznymi. Duża odporność na destrukcyjne oddziaływanie środowiska, uzyskiwane wysokie wytrzymałości mechaniczne powodują, że kompozyt ten coraz częściej pojawia się w codziennej pracy inżynierskiej.
Warto w tym miejscu zauważyć, że do tej pory niewiele Państw uwzględniło w swoich normach formalne stosowanie betonu wysokiej wytrzymałości, betonu o wytrzymałości przekraczającej 60 MPa ( por. tablica 1 )

Norma	Oznaczenie	Klasa betonu według PN
DIN 1045	B55	B55
DIN 4227	B55	B55
MC 90	C80	B100
NS 3473	C105	B105
EC 2	C50/60	B60
ACI 318	-	bez ograniczeń
PN-88/B-06250	B50	B50

Betony wysokowartościowe stosuje się głównie przy wznoszeniu budynków wysokich, budynków szkieletowych, obiektów podziemnych, budowie dróg, lotnisk, tam.
Powstające konstrukcje z betonu to niejednokrotnie efekt wieloletnich prac i badań technologów nad nowym kompozytem cementowym. Opracowanie bowiem właściwej receptury mieszanki betonowej pociąga za sobą wiele płynących z tego korzyści.
Kruszywa, obok spoiwa, wody i ewentualnych dodatków i domieszek są ich głównym składnikiem. Kruszywa budowlane w zależności od przeznaczenia dzieli się według kilku kryteriów. Podział nazw i określenia kruszyw mineralnych według PN-87/B-01100 przedstawia tablica 2

Tablica 2.Podział nazwy i określenia kruszyw mineralnych wg PN-87/B-01100.

Tablica 3.Wymagane właściwości techniczne kruszyw do betonów.
Tablica 3 przedstawia właściwości techniczne jakie stawia się kruszywom do betonu

 
 

Kruszywa budowlane powinny spełniać określone wymagania. Do podstawowych parametrów określających przydatność kruszyw w budownictwie należą:

ï‚· uziarnienie,

 wytrzymałość skały,

 zawartość słabych ziarn,

 zawartość ziarn płaskich i wydłużonych,

 zawartość pyłów mineralnych i zanieczyszczeń obcych,

 nasiąkliwość,

 mrozoodporność,

 zawartość związków siarki i związków chloru.

Ponadto wymaga się odporności kruszywa na korozyjne oddziaływania alkaliów zawartych w cemencie i niskiej aktywności promieniotwórczej.
Kryteriami, którymi posługuje się do podziału kruszyw do betonów to przede wszystkim:

 pochodzenie i kształt ziaren

ï‚· otoczakowe ( rzeczne lub kopalne )

ï‚· Å‚amane

 wielkość ziaren

ï‚· drobne ( 0 -2 )

ï‚· grube ( 2 - 63 )

 rodzaj skały z którego powstały.

Mniejszy wskaźnik wodno-spoiwowy, większa zawartość składników drobnoziarnistych takich jak cement, mikrokrzemionka, popiół lotny, mniejsza zawartość kruszywa grubego oraz ograniczenie wielkości ziaren to główne różnice składu pomiędzy betonami zwykłymi i wysokowartościowymi.
Projektując beton wysokowartościowy dąży się do kompozycji szczelnego stosu okruchowego, dlatego też rozkład wielkości ziaren kruszyw jest bardzo istotny. Wymaga się ciągłego rozkładu wielkości ziaren, mając na uwadze uzyskanie wysokiej wczesnej wytrzymałości oraz poprawę urabialności. Krzywa przesiewu betonów wysokowartościowych kształtuje się poniżej średniej w polu krzywych granicznych.

Rys. Zalecane graniczne krzywe uziarnienia kruszywa do betonu wg PN-88/B-06250 dla frakcji: a) 0 - 16 ; b) 0 - 31,5

Uziarnienie

W BWW dolną granicą uziarnienia jest wielkość ziaren zastosowanego pyłu krzemionkowego, a górną wyznacza ,maksymalna wielkość ziarna 20 - 25 mm, a pojawiają się również opinie badaczy o maksymalnej wielkości ziaren 10 mm. Optymalna sumaryczna ilość cementu i mikrokrzemionki wraz z innymi domieszkami pozwala na utrzymanie właściwych odległości pomiędzy ziarnami kruszyw. Badania dowodzą, że ilość cementu powyżej 560 kg/m3 nie wypływa na zwiększenie przyczepności zaczynu do kruszyw.

Kształt ziaren

Wymagania normowe dotyczące wielkości i kształtu kruszyw dla BWW nie odbiegają od wymagań dla betonów zwykłych. Należy unikać ziaren płaskich, wydłużonych i przywiązywać dużą uwagę do stosowania kruszyw o izometrycznych kształtach ziaren. Z uwagi na pojawiające się w BWW kruche pękanie, przyczepność ziaren kruszyw do zaczynu spoiwowego jest bardzo istotnym czynnikiem. Wskazane jest stosowanie kruszyw o ziarnach z maksymalnie rozwiniętą powierzchnią w celu zwiększenia mechanicznej, fizycznej i chemicznej przyczepności. Wskazane jest również stosowanie kruszyw o ziarnach nie polerowanych, najlepiej łamanych, które wykazują lepszą przyczepność zaczynu. Istotą kruszyw łamanych jest ich mineralogia, ułatwiająca przyczepność chemiczną zaczynu do powierzchni ziaren. Do takiej konkluzji doszli amerykanie, stosując w swoich badaniach kruszywo o podobnej mineralogii. Badania własne autora nad betonami wysokowartościowymi dowodzą, że możliwe jest wykonanie BWW z kruszyw otoczakowych.

Rys. Przyczepność kruszyw do twardniejącego zaczynu spoiwowego w funkcji czasu dla W/S = 0,32.

Obecne badania obaliły wcześniejsze tezy, że wysoką wytrzymałość betonu uzyskuje się poprzez dwu krotne zwiększenie wytrzymałości kruszywa w stosunku do projektowanej wytrzymałości betonu. Jednakże do wykonania wysokiej jakości betonów o znacznych wytrzymałościach zalecanym kruszywem są granity, sjenity, diabazy.
Ze względu na właściwości mechaniczne BWW, istotnymi parametrami kruszyw grubych są:

 moduł sprężystości i wytrzymałość

 dobra przyczepność do zapraw

 absorpcja poniżej 3 %

 niska zawartość wielkości ziaren największych

W betonach wysokich wytrzymałości o ostatecznej wytrzymałości na ściskanie decyduje warstwa kontaktowa zaczyn spoiwowy - kruszywo. Dlatego też dąży się do chemicznej aktywności kruszywa wobec zaczynu.

Warto również wspomnieć o trwałości betonów wysokich wytrzymałości. Co decyduje o trwałości betonów ? Na odpowiedz tego pytania składa się kilka czynników. Przede wszystkim jest to jakość składników betonu, a dominującą rolę ogrywa tu spoiwo. Kolejnym czynnikiem jest projektowanie i jakość wykonania mieszanki, głównie założenie niskiego wskaźnika W/C, szczelnego stosu okruchowego, zmniejszenie porowatości poprzez stosowanie dodatków i domieszek oraz skutecznych metod wibracji, kolejnym jest pielęgnacja dojrzewającego betonu.
Obciążenia statyczne, zmiany temperatury i wilgoci wpływają niekorzystnie na beton obniżając jego trwałość. Oceny trwałości materiałów dokonuje się za pomocą różnych kryteriów zniszczenia, których wybór jest zdeterminowany warunkami pracy danego elementu.

Stosowane do betonu kruszywo powinno być odporne na działanie alkaliów zawartych min. w cemencie. Norma PN-86/B-06712 Kruszywa mineralne do betonu precyzuje odporność kruszyw na alkalia zawarte w cemencie. Efektem destrukcyjnych oddziaływań alkaliów na kruszywo jest często spotykane niszczenie powierzchni betonu, zarysowania, złuszczenia, odpryski. Aby temu zapobiec należy przestrzegać niskiej zawartości alkaliów w cemencie, stosowanie racjonalnych ilości cementu, stosowanie pyłów krzemionkowych lub popiołów lotnych w niewielkich ilościach do 15 % masy cementu.
Wiele prac badawczych określa, że wytrzymałość i trwałość betonów wysokiej wytrzymałości zależy od ukształtowania ich mikro i makrostruktury (opisująca je morfologa - kształt, wielkość i rozmieszczenie ziarn faz i składników strukturalnych ).

Kruszywa budowlane należą do istotnych składników betonów, nie tylko wysokowartościowych. Rozpoznanie ich cech oraz właściwości fizycznych, mechanicznych i chemicznych należy do podstawowych etapów projektowania betonów. Właściwe dobranie stosu okruchowego pociąga za sobą wiele korzyści tak inżynierskich jak ekonomicznych.

---