Rodzaje cementu Spoiwa i zaprawy: są to sztuczne materiały wiążące, pochodzenia mineralnego.
-Mineralne spoiwa budowlane są to sztucznie wytworzone materiały wiążące, które charakteryzują się aktywnością chemiczną, polegającą na tworzeniu się z wodą i dwutlenkiem węgla trwałych i twardych połączeń. Spoiwa budowlane w zależności od odporności na wodę i warunki twardnienia dzielą się na:
1. powietrzne- wiążą i twardnieją po zarobieniu z wodą tylko na powietrzu, nie są odporne na wodę.
2. hydrauliczne- wiążą i twardnieją zarówno na powietrzu, jak i pod wodą i są odporne na działanie wody. Zaprawa budowlana- spoiwa zmieszane z piaskiem lub innym materiałem wypełniającym oraz z wodą tworzą plastyczną masę, która stopniowo wiążąc zmienia się ze stanu plastycznego w twardą masę. cement jest rodzajem spoiwa hydraulicznego ulegającego związaniu po zarobieniu woda i następnie twardnieniu. Ma dużą wytrzymałość mechaniczną i odporność na korozję. Rodzaje cementu: portlandzki, mieszane, glinowe, hutnicze, ekspansywne, budowlane, murarskie.
Cement portlandzki:
Klinkier- przez wyprażenie mieszaniny zmielonych wapieni, gliny i margli, po zmieleniu daje cement.
Skład: tlenek wapnia 62%, krzemionka 18%, tlenek glinu 4%, tlenek magnezu 5%, tlenek żelaza 2%, trójtlenek siarki 1% jest on miałkim delikatnym proszkiem o jasnym zabarwieniu z odcieniem zielonkawym. Stopień rozdrobnienia cementu wpływa na czas związania i twardnienia oraz wytrzymałości. zwietrzenie- reakcja składników cementu z parą wodną i dwutlenkiem węgla, powoduje to zmniejszenie własności wiążących cementu.
Cement zmieszany z wodą po pewnym czasie gęstnieje , a następnie twardnieje tworząc sztuczny kamień. Proces twardnienia polega na hydrolizie i hydratacji składników cementu. Powstają związki o koloidalnym stopniu rozdrobnienia, które ulegają przemianie w żele o własności klejących, wskutek czego zaczyn cementowy przemienia je w twardy, sztuczny kamień o dużej wytrzymałości. Jeśli proces twardnienia zachodzi w powietrzu powstaje węglan wapniowy. Cement po stwardnieniu powinien zachować stałą objętość. Ujemna cechą jest mała odporność chemiczna . najważniejszymi cechami cementu jest wytrzymałość na ściskanie i zginanie, dwie klasy wytrzymałości: o normalnej i wysokiej wytrzymałości. Marki cementów- są to liczby podane przy nazwie cementu, określające wymaganą minimalną wytrzymałość na ściskanie KG/cm. Domieszki zamierzone względnie przypadkowe wywierają z reguły wpływ na zmianę czasu wiązania cementu, działanie jest odmienne, gdy są zmielone z klinkierem i jeśli są dodane do gotowego cementu. Chlorki, bromki, jodki, rodanki wykazują zmiane charakteru działania w zależności od stężenia. Silnie przyspiesza wiązanie szkło wodne, jednak pogarsza konsystencję , zagęszczając ją orza obniżając wytrzymałość, kwas węglowy , węglany oraz ług sodowy silnie przyspieszają wiązanie cementu jednocześnie obniżając jego wytrzymałość. cukier wydłuża czas wiązania cementu oraz zmniejsza wytrzymałośc. Cement hutniczy – otrzymywany jest z klinkieru portlandzkiego, regulatora czasu wiązania, którym może być gips, REA-gips, anhydryt (lub ich mieszanina) i granulowanego żużla wielkopiecowego. Cement ten jest bardziej odporny na działanie siarczanów niż cement portlandzki. Ma wolniejszy niż cement portlandzki przyrost wytrzymałości w czasie i niższe ciepło hydratacji. Wyróżnia się: cement hutniczy CEM III/A - zawiera klinkier z dodatkiem 36-65% żużl cement hutniczy CEM III/B - zawiera klinkier z dodatkiem 66-80% cement hutniczy CEM III/C - zawiera klinkier z dodatkiem 81-95% ż Cement glinowy – cement otrzymywany przez zmielenie boksytu z wapieniem, stopienie i ponowne zmielenie mieszanki. Cechuje go szybki przyrost wytrzymałości w pierwszych dniach po użyciu, podwyższona odporność na działanie wyższych temperatur. Z uwagi na znaczne (wyższe niż dla cementu portlandzkiego) ciepło hydratacji (wydzielanie ciepła podczas reakcji wiązania) można stosować go podczas betonowania zimą (przy temperaturze do – 10°C) bez specjalnych zabezpieczeń. Cement pucolanowy - cement otrzymywany z klinkieru portlandzkiego, pucolany i siarczanu wapnia; najczęściej jest to: klinkier portlandzki, popiół lotny (popiół będący odpadem przy spalaniu węgla w elektrowniach) i gips. Cement pucolanowy posiada własności podobne do cementu hutniczego, czyli niskie ciepło hydratacji i większa odporność na działanie wód agresywnych (zwłaszcza na agresję siarczanową). Cement żużlowy - Cementy żużlowe mają właściwości i zastosowanie podobne do cementu hutniczego. Do grupy cementów żużlowych cement żużlowy bezklinkierowy - produkowany przez zmielenie żużli wielkopiecowych z dodatkiem gipsu, anhydrytu, wypalonego w temperaturze ok. 900°C dolomitu oraz wapna hydratyzowanego. Cement żużlowy ma ciemnozielony kolor cement żużlowo-gipsowy - produkowany przez zmielenie żużli wielkopiecowych, gipsu oraz klinkieru portlandzkiego. Odznacza się większą odpornością na działanie siarczanów i wód kwaśnych. Nie wolno stosować go do betonów zbrojonych (żelbetu), ponieważ powoduje korozję stali. Podaj klasy wytrzymałości cementu i przyjęte w PN-EN kryteria i ilościowe ich kwalifikacji. Klasy wytrzymałości wg PN-EN 206-1:2003
Podstawę klasyfikacji może stanowić wytrzymałość charakterystyczna na ściskanie określana w 28 dniu dojrzewania na próbkach sześciennych lub walcowych o wymiarach jak wyżej.
Tablica – Klasy wytrzymałości na ściskanie betonu zwykłego i betonu ciężkiego
Klasa wytrzymałości
na ściskanie Minimalna wytrzymałość charakterystyczna oznaczana na próbkach walcowych
fck, cyl w [N/mm2] Minimalna wytrzymałość charakterystyczna oznaczana na próbkach sześciennych
fck, cube w [N/mm2]
C8/10 C12/15 C16/20 C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60 C55/67 C60/75 C70/85 C80/95 C90/105 C100/115 8 12 16 20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 80 90 100 10
15 20 25 30 37 45 50 55 60 67 75 85 95 105115
Tablica – Klasy wytrzymałości na ściskanie betonu lekkiego
Klasa wytrzymałości
na ściskanie Minimalna wytrzymałość charakterystyczna oznaczana na próbkach walcowych
fck, cyl w [N/mm2] Minimalna wytrzymałość charakterystyczna oznaczana na próbkach sześciennych a
fck, cube w [N/mm2]
C8/9 C12/13 C16/18 C20/22 C25/28 C30/33 C35/38 C40/44 C45/50 C50/55 C55/60 C60/6C70/77 C80/88 8 12 16 20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 80 9 13 18 22 28 33 38 44 50 55 60 66 77 88
a Można przyjmować inne wartości, jeżeli ustali się z wystarczającą dokładnością oraz udokumentuje zależność między tymi wartościami i odpowiednią wytrzymałością oznaczoną na walcach
Betony BWW, BBWW, BUWW
BWW - to beton o klasie wytrzymałości B60 – B120 (beton wysokiej wytrzymałości)
BBWW - to beton o klasie wytrzymałości B120 – B180 (beton bardzo wysokiej wytrzymałości)
BUWW - to beton o klasie wytrzymałości powyżej B180 (beton ultra wysokiej wytrzymałości)
Betony te stosuje się do budynków wysokich szkieletowych - o oszczędnych przekrojach, do budowli tuneli, platform wiertniczych, nawierzchni drogowych odpornych na ścieranie, mostów, itd.
Aby uzyskać wyższe parametry betonu należy:
- zmniejszyć końcową porowatość zaczynu
- stosować kruszywo łamane o Rm = 200-300 MPa (N/mm2)
- stosować bardzo drobne uszczelniające wypełniacze
- poprawić przyczepność zaczynu do kruszywa
<- w/c [BWW] 0.22 0.35; stąd potrzeba stosowania superplastyfikatorów (SP) - mieszanka staje<w/c się rzadsza
- dobór odpowiedni kruszywa, spełnienie warunku najmniejszej wodożądności i największej szczelności; stosować kruszywo bez frakcji 0-0.05; max. wielkość ziarna do 16 mm; najlepsze kruszywo łamane o kształcie zbliżonym do sześcianu.
Projektowanie betonu zwykłego metodą trzech równań
Polega ono na spełnieniu trzech podstawowych warunków optymalnego projektowania betonu

Zmiany objętościowe zaczynu i zapraw cementowych , rodzaje i wpływ na własności cementu i warunków środowiskowych .

Zmiany objętościowe : a.zmiany swobodne : -skurcz -narastanie b.zmiany wymuszone Występuje tu problem pęcznienia .Im większa powierzchnia właściwa tym większy skurcz materiału .

Fk = 0,01ΣFinfi [dm³/kg] Fi=α/(Gw*ø) [dm³/kg] Dla piasków α= 7-6.8 Dla żwiru α=8-8.5 Dla granitu α=9.5-1 Dla żużlu α= 15-16 Pełzanie betonów lekkich kruszywowych jest równe lub większe od pełzania betonu zwykłego (do 80%). W celu zmniejszenia pełzania betonu lekkiego stosuje się dodatek piasku naturalnego.
Skurcz i pęcznienie
Są to zmiany objętościowe betonu wywołane twardnieniem zaczynu cementowego (skurcz) lub zmianą wilgotności (pęcznienie). W szczególnych przypadkach gdy występuje nadmierna zawartość składników szkodliwych powodujących rozpad betonu, najpierw powstają rysy a następnie spękania.
Odkształcenia skurczowe są związane z rodzajem kruszywa i jego początkową wilgotnością. Jest to jedna z większych wad betonu lekkiego. Zadanie kruszywa w betonie i jego podział ze względu na podział. Pospolite określenie "kamień", powszechnie używane nawet przez fachowców budowlanych, ma związek z drugoplanowym traktowaniem kruszywa i często prowadzi do bagatelizowania jego jakości. A przecież kruszywo zajmuje największą objętość betonu (ok. 70%) i ma decydujące znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości świeżej mieszanki betonowej i stwardniałego betonu. Kruszywami nazywamy wszystkie okruchowe materiały kamienne wykorzystywane jako składniki betonów, bitumicznych mieszanek do budowy nawierzchni drogowych, itp. Klasyfikacja i podział kruszyw: Ze względu na pochodzenie i sposób uzyskiwania kruszyw dzieli się je na: mineralne, sztuczne. W zależności od surowca skalnego i od sposobu produkowania kruszywa dzieli się na grupy: kruszywo naturalne, kruszywo naturalnie niekruszone, kruszywo naturalne kruszone.kruszywo łamane, kruszywo łamane zwykłe, kruszywo łamane granulowane. W zależności od uziarnienia kruszywo dzieli się na trzy rodzaje: drobne o ziarnach do 4 mm, grube o ziarnach 4-36 mm, bardzo grube 63-250 mm. Własności i przeznaczenie kruszyw stosowanych w produkcji betonu. Kruszywo stosowane do betonu powinno być mrozoodporne, a także mieć odpowiednią wilgotność i nasiąkliwość. Właściwości kruszywa mają decydujący wpływ na parametry otrzymanej mieszanki betonowej. Projektując skład mieszanki betonowej, powinno się zachować odpowiednie proporcje między kruszywem drobnym (piaskiem), a kruszywem grubym (żwirem lub grysem). Wielkość ziaren kruszywa powinno się dobierać zależnie od wymiarów i stopnia zbrojenia elementu, który będzie wykonany z betonu z takim kruszywem. Im większy element i większe odległości między prętami zbrojeniowymi, tym większe mogą być ziarna zastosowanego kruszywa. Od kształtu ziaren kruszywa zależy urabialność mieszanki betonowej, a także zużycie cementu i późniejsza wytrzymałość betonu. Do wykonania betonu o wysokiej wytrzymałości lepiej jest stosować kruszywa łamane, których chropowata powierzchnia poprawia przyczepność zaczynu cementowego. Im więcej jest w kruszywie ziaren słabych, zwietrzałych i porowatych, tym większa jest jego nasiąkliwość. Cecha ta jest ważna podczas wykonywania mieszanki betonowej, ma bowiem niekorzystny wpływ na jej urabialność, a potem - na cechy gotowego betonu. Kruszywa nie powinny być zanieczyszczone, na przykład węglem, drewnem lub ziemią roślinną. Zanieczyszczenia z kruszywa, łącząc się z zaczynem cementowym, tworzą nowe związki, pogarszające wytrzymałość betonu. Podział i wymagania kruszyw stosowanych do produkcji betonu szczegółowo określa Polska Norma PN-EN 12620:2004 Kruszywa do betonu. Zadaniem kruszywa w betonie jest stworzenie w betonie pewnego rodzaju „kamiennego rusztowania” maksymalnie szczelnie wypełniającego objętość, o możliwie małej powierzchni, aby zminimalizować zużycie cementu potrzebnego na związanie tego układu. Przy tworzeniu tego „rusztowania” należy kierować się zasadą, aby kruszywo było możliwie grube, gdyż zbyt duża ilość kruszywa drobnego powoduje zwiększenie zapotrzebowanie całego układu na cement i wodę, co może oprócz względów ekonomicznych prowadzić również do pogorszenia niektórych cech stwardniałego betonu. Należy również pamiętać o tym, że maksymalny wymiar ziaren kruszywa nie może być większy niż: 1/3 najmniejszego wymiaru przekroju poprzecznego elementu, 3/4 odległości między prętami zbrojenia. Z drugiej jednak strony należy dążyć do tego, aby w mieszance obecne były, oczywiście w odpowiednich proporcjach, wszystkie frakcje ziarnowe kruszywa, ponieważ brak lub zbyt mała ilość którejś z frakcji może doprowadzić do pogorszenia urabialności mieszanki betonowej, a tym samym do pogorszenia jakości betonu stwardniałego. W celu uzyskania odpowiedniego doboru składu i ilości frakcji ziarnowej, w mieszance betonowej w Polskiej Normie "PN-88/B-06250 Beton zwykły", podane zostały graniczne krzywe uziarnienia kruszywa dla kruszyw o różnym maksymalnym wymiarze ziaren:16,0; 31,5 i 63,0 mm. Pozwalają one uzyskać maksymalnie szczelny stos ziarnowy, czyli najlepsze z możliwych „rusztowanie”, a przez to pozwalają wyprodukować odpowiedniej jakości beton. Beton lekki, zwykły, cieżki beton ciężki - o ciężarze objętościowym większym niż 2 600 kg/m3, wykonywane z zastosowaniem specjalnych kruszyw (np. barytowych), stosowane jako osłony biologiczne dla osłabienia promieniowania jonizującego ,beton zwykły: o ciężarze objętościowym od 2 200 - 2 600 kg/m3, wykonywane z zastosowaniem kruszyw naturalnych i łamanych (piasek + żwir lub piasek + np. kamień bazaltowy) stosowane do wykonywania elementów konstrukcyjnych betonowych i żelbetowych. o ciężarze objętościowym od 1 800 - 2 200 kg/m3, wykonywane z zastosowaniem kruszyw porowatych (np. keramzyt) - do wykonywania elementów o podwyższonej izolacyjności cieplnej np. ścian osłonowych, pustaków ściennych i stropowych beton lekki - o ciężarze objętościowym do 1 800 kg/m3, wykonywane z zastosowaniem lekkich kruszyw oraz betony komórkowe. Betony komórkowe wytwarza się z cementu, piasku, wody i środka pianotwórczego. Betony lekkie stosuje się do wykonywania elementów ściennych i stropowych średniowymiarowych (płyty ścienne i stropowe) i drobnowymiarowych (np. bloczki ścienne, prefabrykowane nadproża). Wytrzymałość charakterystyczna betonu Wytrzymałość na ściskanie według PN-EN 206-1:2003 - wytrzymałość betonu na ściskanie wyrażana jest wytrzymałością charakterystyczną zdefiniowaną jako wartość, poniżej której może się znaleźć nie więcej niż 5% wyników wszystkich pomiarów wytrzymałości danego betonu.
Wytrzymałość charakterystyczna - powinna być określona na próbkach o kształcie sześcianu o boku a=15cm (fck, cube) albo walca o wymiarach D=15cm i H=30cm (fck, cyl) po 28 dniach twardnienia w temp. 20oC. Moduł sprężystoścu betonu, definicja, rodzaje, charakter zalezności od wytrzymałości
betonu i rodzaju kruszywa oraz postawowe związki analityczne wiążące go z wytrzymałością. Wraz z postępem procesu twardnienia i wzrostem wytrzymałości zaczyn i beton wykazują coraz mniejsze odkształcenia plastyczne i stają się coraz bardziej sprężyste. Przyrost wartości współczynnika sprężystości zaczynu i betonu w czasie jest bardzo podob do zmian wytrzymałości. Wśród czynników o największym znaczeniu dla sprężystości zaczynu dominują stopień hydratacji cementu i stosunek wody do cementu, czyli podstawowe wielkości decydujące o porowatości i mikrostrukturze porów. Choć w betonie znaczenie tych czynników jest niepodważalne, to decydujący wpływ na współczynnik sprężystości betonu ma kruszywo, jego własny współczynnik sprężystości oraz stosunek objetości kruszywa do objętości betonu. Charakter zmian modułu spręzystości betonu bardziej przypomina wytrzymałosć na rozciąganie niż na ściskanie, co jest częściowo związane z przyczepnością zaczynu do kruszywa. Natomiast do czynników mających przeciwny wpływ na wytrzymałość i moduł sprężystości betonu należą stopień nasycenia wodą oraz stosunek objętości kruszywa grubego do objętości betonu, których wzrost xwiększa moduł sprężystości, a może zmniejszać wytrzymałość. Nieliniowa zależność σ_c = ε_c betonu stwarza mozliwości różnego określania współczynnika sprężystości. Określa się zatem: - współczynnik średni (sieczny) E_cm = tgα_m, o największym znaczeniu praktycznym-
wyzaczany dla siecznej w zakresie naprężeń od 0 do 0,4 f_cm, - współczynnik początkowy (inaczej dynamiczny) E_co = tgα₀ – wyznaczany dla stycznej przy
σ_c=0, - współczynnik chwilowy E_c == tgα₁ – związany ze styczną w dowolnym punkcie
krzywej σ_c= ε_c; dla σ_c= f_cm współczynnik E_c=0, a dla σ_c=0 współczynnik E_c = E_co jest
wartością maksymalną.

Współczynnik sprężystości jest często szacowany za pomocą wzorów doświadczalnych uzależniających jego wartość od wytrzymałości. Na przykład według PN-B-03264:2002 i Eurokodu 2-1
E_cm = 9500 (f_ck + 8), MPa