Cement portlandzki – najczęściej stosowany, szary, sypki materiał, otrzymywany ze zmielenia klinkieru z gipsem i dodatkami hydraulicznymi. Klinkier cementowy otrzymuje się przez wypalenie w temperaturze + 1450°C mieszaniny zmielonych surowców zawierających wapień i glinokrzemiany. Do wypalonego klinkieru dodaje się gips jako wypełniacz i w celu zmniejszenia reaktywności. W procesie wiązania powstają związki, które ulegając krystalizacji tworzą zwartą, twardą masę. Sam proces wiązania to reakcje chemiczne. Produkowane cementy różnią się między sobą klasami, tj. wytrzymałością mechaniczną określaną na normowych próbkach oraz tempem przyrostu wytrzymałości w czasie (N - normalnie twardniejące, R - szybkotwardniejące). Liczba określająca klasę cementu informuje o minimalnej wytrzymałości normowej zaprawy na ściskanie, wyrażonej w MPa po 28 dniach wiązania.Do grupy cementów portlandzkich należy także cement portlandzki biały, otrzymywany bez domieszek związków żelaza, oraz cement murarski i cement portlandzki szybkotwardniejący. Rodzaje cementów dzielą się też w/g powierzchni Blaine'a na 42,5 ,32,5 itd.
Konsystencja (ciekłość) zaprawy, mieszanki betonowej - obrazuje zdolność do odkształceń (rozpływu) pod wpływem obciążenia. W zależności od metody badania, obciążeniem może być ciężar własny mieszanki lub dodatkowe oddziaływanie zewnętrzne. Konsystencja wpływa na łatwość przemieszczania się mieszanki w formie (szalunku) przy określonym sposobie jej układania. Zgodnie z normą PN-EN 206-1 rozróżniamy cztery metody badań konsystencji betonu:
metoda stopnia zagęszczalności
Konsystencje zapraw bada się metodą opadu stożka, zgodnie z normą PN-85/B-04500
urabialność, tj. podatność na łatwe uformowanie plastyczne bez rozmieszania
oraz bez grawitacyjnego wypływania lub sedymentacyjnego występowania na wierzch więzionej
wody. Urabialność można powiązać także z oporem mieszanki przeciwko ścinaniu przy działaniu siły
wywołującej określony ruch w jednostce czasu. Rozpatrywana w tym kontekście urabialność jest tym
lepsza, im mniejsze jest wewnętrzne tarcie świeżej mieszanki. Można więc mierzyć (porównywać) urabialność
mieszanek ilością energii potrzebnej do ścisłego wypełnienia formy.
Jednoznaczne uzależnienie urabialności od zespołu cech i składników mieszanki jest niezwykle trudne
(prosta zależność od ilości zaprawy, zaczynu, stosunku W/C, ale także od ilości ziarn poniżej 0.2 mm, od
ilości piasku, geometrycznego kształtu ziarn kruszywa itp.), jednakże jest faktem niezaprzeczalnym, iż
stosunek W/C ma tutaj duże znaczenie. Świadczą o tym zależności pokazane na rys. 2.9. i 2.10. Z rysunku
2.9. można wywnioskować, iż przy przeciętnej ilości cementu w 1 m3 mieszanki z przedziału 300÷400
kg, betony urabialne, wykonywane na kruszywie otoczakowym, powinny mieć W/C z przedziału 0.4÷0.8
. Z kolejnego rysunku 2.10. wynika, iż wytrzymałość betonów intensywnie zagęszczanych zależy wyraźnie
od W/C, natomiast przy betonach bez zagęszczania zależność taka nie występuje: betony o niższym
W/C mają niższą wytrzymałość od betonów bardziej uwodnionych, a optimum wytrzymałości uzyskuje
się przy W/C = 0.59 % .
ceramika budowlana
Ceramika jest jednym z najstarszych materiałów budowlanych a wyroby z niej wykonane są jednymi z najczęściej kupowanych.
Ceramiczne wyroby budowlane wykonywane są z gliny z domieszką piasku, popiołów i innych substancji.
Budowlane wyroby ceramiczne mogą mieć strukturę:
porowatą (wyroby o nasiąkliwości wagowej do 22%)
Do tej grupy należą:
a/ wyroby z ceramiki tradycyjnej.
Powstają z ceramicznej masy formowanej, suszonej, a następni
poddanej wypaleniu.
Właściwości:
wytrzymałość;
trwałość;
akumulacyjność cieplna;
mrozoodporność;
odporność na uszkodzenia mechaniczne;
niepalność i odporność ogniowa;
paroprzepuszczalność.
b/ wyroby z ceramiki poryzowanej (ciepłej ceramiki).
Powstają z gliny z domieszką trocin, mączki drzewnej lub innych materiałów, które ulegają spaleniu podczas wypalania, pozostawiając w ceramice zamknięte mikropory. Skomplikowany układ drążeń występujący w większości tych wyrobów poprawia ich parametry cieplne.
Właściwości:
wysoka izolacyjność termiczna (można z nich wykonywać zewnętrzne ściany jednowarstwowe bez docieplenia);
akumulacyjność cieplna;
wysoka izolacyjność akustyczna;
wytrzymałość;
trwałość;
niepalność i odporność ogniowa;
lekkość;
paroprzepuszczalność;
wiatroszczelność;
ekonomiczność;
łatwość i szybkość budowania.
Asortyment:
cegły – pełne, modularne, kratówki, dziurawki
pustaki – ścienne, stropowe, wentylacyjne, spalinowe
dachówki i akcesoria dachowe
spieczoną (wyroby o nasiąkliwości wagowej do 12%)
Produkowane są z glin o niskiej temperaturze spiekania i wysokiej temperaturze stapiania.
Właściwości:
wysoka wytrzymałość mechaniczna;
mrozoodporność;
niska nasiąkliwość;
trwałość;
odporność chemiczna.
Asortyment:
cegły klinkierowe;
cegły kominowe;
cegły kanalizacyjne
Ze względu na przeznaczenie wyroby ceramiki budowlanej można podzielić na:
elementy do budowy ścian:
cegły
pustaki
nadproża
elementy do budowy stropów – pustaki i belki.
dachówki i akcesoria dachowe
rurki drenarskie
pozostałe wyroby
Osobną grupą elementów ceramicznych są pustaki i belki wykorzystywane do budowy stropów gęstożebrowych.
Są to stropy, w których elementami nośnymi są belki (żebra) o rozstawie 40÷90 cm, układane w kierunku mniejszej rozpiętości. Przestrzeń między żebrami wypełniają pustaki ceramiczne.
Najpopularniejsze elementy ceramiczne do budowy stropów gęstożebrowych to:
pustaki Akermana (Ackermana)
Służą do wykonywania stropu o tej samej nazwie. Składa się on ze zbrojonych żeber (wykonywanych bezpośrednio na budowie) oraz pustaków o wysokości dobieranej stosownie do obciążeń i rozpiętości stropu. Rozstaw osiowy pustaków w tym stropie wynosi 31 cm.
Podstawowe parametry:
wymiary:
długość [cm]: 19,5; 24,5; 29,5;
szerokość [cm]: 30;
wysokość [cm]: 15; 18 (18,8); 20; 22;
klasy: 20; 25;
zużycie sztuk na m2 stropu [szt./m2]:
pustaki o długości 19,5: 17;
pustaki o długości 24,5: 13,5.
Właściwości:
- dobra ciepłochronność;
- pracochłonność wykonania deskowania;
- duża sztywność i mała wysokość stropu;
- możliwość wykorzystania nad pomieszczeniami o bardzo nieregularnych
kształtach.
Zastosowanie:
- wypełnienie w stropach gęstożebrowych o rozpiętości 4,25÷7,20 m.;
- wypełnienie w gęstożebrowych stropodachach.
pustaki CERAM
Służą do wykonywania stropu o tej samej nazwie. Jest to gęstożebrowy monolityczny strop wykonywany na budowie pustaków ceramicznych i stalowo-ceramicznych belek.
Pustaki CERAM w dolnej części posiadają wrąb dostosowany do ułożenia na dolnej stopce belek.
Podstawowe parametry:
wymiary:
długość [cm]: 20; 30;
szerokość [cm]:
w zależności od typu stropu
~ typ 40: 32;
~ typ 45: 37;
~ typ 50: 42;
~ typ 60: 50;
wysokość [cm]: 17,5; 20; 21; 22; 25;
Właściwości:
- dobra izolacyjność akustyczna;
- lekkość;
- brak konieczności stosowania deskowania;
- szybkość i łatwość montażu.
Zastosowanie:
- wypełnienie w stropach gęstożebrowych o rozpiętości 2,40÷7,20 m
w obiektach budownictwa ogólnego mieszkaniowego i użyteczności
publicznej, realizowanego metodami tradycyjnymi i uprzemysłowionymi.
belki CERAM
Służą do wykonywania stropu o tej samej nazwie. Są to belki prefabrykowane składające się z:
dolnego pasa złożonego z ceowych kształtek ceramicznych szerokości 12 cm i wysokości 4 cm;
zbrojenia złożonego z trzech prętów stalowych (2 pręty w pasie dolnym i 1 pręt w pasie górnym) oraz strzemion ze stali 4,5 mm ułożonych w formie kratownicy o przekroju trójkątnym, łączących zbrojenie górne ze zbrojeniem dolnym.
Produkowane są belki o długości 2,37÷7,17 m (ze stopniowaniem co 0,3 m).
Właściwości:
- lekkość;
- brak konieczności stosowania deskowania;
- szybkość i łatwość montażu.
Zastosowanie:
- żebra konstrukcyjne w stropach gęstożebrowych o rozpiętości 2,40÷7,20 m
w obiektach budownictwa ogólnego mieszkaniowego i użyteczności
publicznej, realizowanego metodami tradycyjnymi i uprzemysłowionymi.
pustaki Cerit
Służą do wykonywania stropu o tej samej nazwie. Wchodzą w skład prefabrykowanych płyt ceramiczno-żelbetowych. Układane są w rozstawie 30 cm.
Długość płyt dostosowana jest do modularnych rozpiętości stropu od 2,4 do 7,2 m (co 0,6 m). Szerokość płyt jest zróżnicowana: od 58,5 do 238,5 cm (co 30 cm). Grubość stropu z tych płyt, na którą składa się wysokość pustaka i grubość płyty górnej betonowej, może być różna i wynosić odpowiednio 18, 22 i 24 i 28 cm, w zależności od wysokości użytego pustaka ceramicznego przy niezmiennej grubości płyty betonowej - 4 cm
Podstawowe parametry:
wymiary:
długość [cm]: 30;
szerokość [cm]: 30;
wysokość [cm]: 18; 22,5; 24;
zużycie sztuk na m2 stropu [szt./m2]: 11;
Właściwości:
- dobra ciepłochronność;
- pracochłonność wykonania deskowania;
- duża sztywność i mała wysokość stropu.
Zastosowanie:
- wypełnienie w stropach gęstożebrowych o rozpiętości 2,40÷7,20 m w budynkach jednorodzinnych lub rolniczych.
pustaki Fert
Służą do wykonywania stropu o tej samej nazwie. Składa się on z prefabrykowanych, ceramiczno-żelbetowych belek, pustaków ceramicznych, żelbetowych żeber i betonowej płyty. Pustaki w dolnej części mają wrąb dostosowany do ułożenia na dolnej stopce belek.
Podstawowe parametry:
wymiary [długość/szerokość/wysokość] [cm]:
*Fert-40: 30/32/20;
*Fert-45: 30/37/20;
*Fert-60: 30/52/20.
Właściwości:
- lekkość;
- brak konieczności stosowania deskowania;
- szybkość i łatwość montażu;
- możliwość montażu bez użycia dźwigu.
Zastosowanie:
- wypełnienie w stropach gęstożebrowych w obiektach budownictwa
mieszkaniowego jednorodzinnego, wielorodzinnego i użyteczności publicznej o rozpiętości 2,70÷6,00 m.
Produkowane są również pustaki o szerokości 32 lub 52 cm i wysokości 17,5/18 cm służące do wykonywania stropów typu F.
belki Fert
Służą do wykonywania stropu o tej samej nazwie. Są to belki prefabrykowane składające się z:
dolnego pasa złożonego z kształtek ceramicznych szerokości 12 cm, wysokości 4 cm i długości 25 cm;
zbrojenia złożonego z trzech prętów stalowych (2 pręty w pasie dolnym i 1 pręt w pasie górnym) oraz strzemion ze stali 4,5 mm ułożonych w formie kratownicy o przekroju trójkątnym, łączących zbrojenie górne ze zbrojeniem dolnym.
Produkowane są belki o długości 2,67÷5,97 m (ze stopniowaniem co 0,3 m).
Właściwości:
- lekkość;
- brak konieczności stosowania deskowania;
- szybkość i łatwość montażu.
Zastosowanie:
- żebra konstrukcyjne w stropach gęstożebrowych w obiektach budownictwa mieszkaniowego jednorodzinnego, wielorodzinnego i użyteczności publicznej o rozpiętości 2,70÷6,00 m.
pustaki z ceramiki poryzowanej
Służą do wykonywania stropów w budynkach murowanych z ceramiki poryzowanej. W zależności od systemu i producenta mają bardzo zróżnicowane właściwości.
Masę betonową powinna cechować odpowiednia urabialność. Jest to zdolność dokładnego i szczelnego wypełnienia form bez rozdzielania się składników. Właściwość ta zależna jesi przede wszystkim od ilości zaprawy, a więc piasku, cementu i wody w zaprawie. Skład kruszywa ma także wpływ na szczelność mieszanki i stwardniałego betonu. Uzyskanie dobrego betonu wymaga wypełnienia wolnej przestrzeni między ziarnami zaczynem lub zaprawą cementową oraz całkowitego otulenia ziarn kruszywa zaczynem cementowym. Powinno się to osiągnąć przy możliwie najmniejszym użyciu cementu i wody. Warunek ten wymaga zastosowania kruszywa o różnych wielkościach (frakcjach) ziarn. Przy użyciu kruszywa o właściwym uziarnieniu beton będzie miał mało pustek między ziarnami. Najlepsza jest taka mieszanka piasku i żwiru lub tłucznia, która zawiera najmniej próżni i tym samym najwięcej waży. Jeżeli nie możemy budynku przykryć dachem, należy najbardziej narażone na zawilgocenie i przemarznięcie elementy budynku szczelnie przykryć papą lub folią.
Beton powinien spełniać podstawowe wymagania dotyczące: wytrzymałości (w tym wytrzymałości na ściskanie oraz jej przyrostu w czasie), przyczepności do stali zbrojeniowej, odporności na działanie mrozu i innych wpływów środowiska. W tym celu proporcje składników mieszanki betonowej powinny być tak dobrane, aby spełnione były założone właściwości mieszanki oraz stwardniałego betonu. Skład mieszanki powinien zapewnić:
odpowiednią urabialność dla stosowanej metody wykonywania robót,
odpowiednią (założoną) konsystencję.
Ponadto skład mieszanki betonu powinien być tak dobrany, aby po zagęszczeniu uzyskała strukturę zwartą, tzn. objętość pustek powietrznych nie przekraczała:
-3 %, jeśli nominalny wymiar ziaren kruszywa jest nie mniejszy niż 16 mm,
-4 %, jeśli powyższy warunek nie jest spełniony.
Urabialność mieszanki betonowej powinna być dostosowana do warunków formowania określonych przez:
-kształt i wymiary konstrukcji, elementu lub wyrobu betonowego (żelbetowego),
-ilość zbrojenia,
-zakładana gładkość i wygląd powierzchni betonu,
-sposób układania i zagęszczania mieszanki betonowej (ręczne przez sztychowanie lub ubijanie, mechaniczne przez wibrowanie, prasowanie i inne).
Dostosowanie urabialności mieszanki betonowej do wymienionych warunków polega na doborze odpowiedniej ilości zaprawy i łącznej ilości cementu oraz frakcji kruszywa o uziarnieniu poniżej 0,125 mm (tab. 1.).
Tabela 1. Zalecana ilość zaprawy w mieszance betonowej (wg poz. z przypisu 1)
| Rodzaje konstrukcji, elementów lub wyrobów | Zalecana ilość zaprawy na 1 m³ mieszanki betonowej [dm³] |
Najmniejsza suma objętości absolutnych cementu i ziaren kruszywa poniżej 0,125 mm na 1 m³ mieszanki betonowej [dm³] |
|---|---|---|
| Żelbetowe i betonowe konstrukcje masywne o najmniejszym wymiarze przekroju większym od 500 mm i kruszywie do 63 mm | 400 ÷ 450 | 70 |
| Sprężone, żelbetowe i betonowe konstrukcje, elementy i wyroby o najmniejszym wymiarze przekroju większym od 60 mm i kruszywie do 31,5 mm | 450 ÷ 550 | 80 |
| Sprężone, żelbetowe i betonowe konstrukcje, elementy i wyroby o najmniejszym wymiarze przekroju poniżej 60 mm i kruszywie do 16 mm | 500 ÷ 550 | 95 |
Mieszanka betonowa jest ciałem plastycznym odkształcającym się łatwo pod działaniem siły i zachowującym ten kształt po ustaniu działania siły. Zdolność do zachowania kształtu jest wynikiem oddziaływania sił spójności między spolaryzowanymi drobinami wody i najdrobniejszymi ziarnami. Wraz z upływem czasu, w miarę przechodzenia coraz większej ilości drobin wodnych z fazy ciekłej do fazy stałej wzrasta lepkość mieszanki, która staje się betonem, czyli ciałem stałym o właściwościach sprężystych. Należy stosować taką technologię betonu, aby uzyskać mieszanki o dobrej urabialności, odpowiedniej konsystencji oraz podatności na zagęszczanie, jeśli mieszanki są łatwo urabialne, nie potrzeba dużej energii do ich ułożenia i zagęszczania, nie ulegają bowiem łatwemu rozdzielaniu (segregacji) składników. Dzięki temu zostaje zachowana jednorodność cech betonu.
Konsystencja mieszanki betonowej jest cechą charakteryzującą jej podatność na przemieszczanie się, przy zachowaniu jednorodnej struktury. Siłą wywołującą przemieszczanie może być ciężar własny mieszanki lub obciążenie zewnętrzne (np. podczas pompowania mieszanki). Podatność na przemieszczanie się mieszanki może być też wywołana pracą wibratorów podczas zagęszczania.
Wybór konsystencji mieszanki betonowej ma decydujące znaczenie z uwagi na warunki transportowania, układania, zagęszczania, wypełniania form i deskowań oraz z uwagi na otulanie prętów zbrojenia.
Zgodność z PN-EN 206-1:2003 konsystencję mieszanek betonowych dzieli się na klasy według następujących metod pomiaru:
opadu stożka, Vebe (za pomocą aparatu Vebe),
stopnia zagęszczalności, stolika rozpływowego.
Podatność na zagęszczanie jest cechą określającą zmniejszanie objętości porów powietrznych w mieszance pod wpływem jej zagęszczania. Uzyskanie idealnie zwartych betonów jest w rzeczywistości niemożliwe. Dopuszcza się objętość pustek:
2-procentową – w mieszankach betonów zwykłych bez dodatków napowietrzających,
4-, 5- lub 6-procentową – w mieszankach z dodatkami napowietrzającymi.
Przy doborze cementu należy uwzględnić zastosowanie betonu (niezbrojony, zbrojony, sprężony), ciepło hydratacji oraz warunki środowiska, w którym beton będzie użytkowany. Zalecane najmniejsze ilości cementu w mieszance betonowej zagęszczonej mechanicznie podano w tabeli 2. Jeśli mieszanka betonowa będzie zagęszczona ręcznie, to zawartość cementu podaną w tabeli 2. należy zwiększyć o 20 kg/m³. Największa ilość cementu nie powinna przekraczać 450 ÷ 500 kg/m³ mieszanki betonowej.
Konstrukcje betonowe są wbudowane w obiekty budowlane znajdujące się w różnych środowiskach. Przez określenie środowisko należy tu rozumieć chemiczne i fizyczne warunki oddziaływania, których skutki należy uwzględniać przy projektowaniu konstrukcji.
Klasyfikacja środowisk agresywnych chemicznie w stosunku do betonu dotyczy także gruntów i wody gruntowej o temperaturze 5 i 25ºC oraz dostatecznie małej prędkości przepływu (wody statycznej).
Chlorek wapnia (CaCl2) i domieszki zawierające chlorki nie powinny być dodawane do betonu zbrojonego. Zawartość chlorków wyraża się jako sumę jonów chloru zawartych w cemencie. Maksymalne zawartości chlorków w mieszance betonowej nie powinny przekraczać wartości podanych w tabeli 3.
Tabela 2. Zalecenia dotyczące składu i właściwości betonu (wg PN-EN 206-1:2003)
| Klasy ekspozycji2 | Maksymalna wartość współczynnika W/C | Minimalna klasa wytrzymałości | Minimalna zawartość cementu [kg/m³] |
|---|---|---|---|
| Brak zagrożenia agresją środowiska lub korozją | X0 | - | C12/15 |
| Korozja spowodowana karbonatyzacją | XC1 XC2 XC3 XC4 |
0,65 0,60 0,55 0,50 |
C20/25 C25/30 C30/37 C30/37 |
| Korozja spowodowana chlorkami z wody morskiej | XS1 XS2 XS3 |
0,50 0,45 0,45 |
C30/37 C35/45 C35/45 |
| Korozja spowodowana chlorkami niepochodzącymi z wody morskiej | XD1 XD2 XD3 |
0,55 0,55 0,45 |
C30/37 C30/37 C35/45 |
| Agresywne oddziaływanie zamrażania/rozmrażania | XF1 XF2 XF3 XF4 |
0,55 0,55 0,50 0,45 |
C30/37 C25/30 C30/37 C30/37 |
| Agresja chemiczna | XA1 XA3 |
0,55 0,50 0,45 |
C30/37 C30/37 C35/45 |
Tabela 3. Maksymalne zawartości chlorków w mieszance betonu zwykłego
| Zastosowanie betonu | Maksymalna zawartość Cl¯ odniesiona do masy cementu |
|---|---|
| Bez zbrojenia stalowego lub innych elementów metalowych, z wyjątkiem uchwytów odpornych na korozję | 1,0% |
| Ze zbrojeniem stalowym lub z innymi elementami metalowymi | 0,20% |
| Ze stalowym zbrojeniem sprężającym | 0,10% |
Ilość domieszek w mieszance betonowej może wynosić 0,2 ÷ 5% masy cementu. Wprowadza się je do mieszanki bezpośrednio lub po wcześniejszym wymieszaniu z częścią wody zarobowej. Jeśli ilość ciekłych domieszek przekracza 3 dm³ w 1 m³ mieszanki betonowej, to trzeba uwzględnić ją w obliczeniu współczynnika cementowo-wodnego.
Dodatki mogą być stosowane tylko w ilościach niepogarszających trwałości betonu i niepowodujących korozji zbrojenia.
Temperatura mieszanki betonowej w okresie między jej mieszaniem i układaniem powinna zawierać się między 5 a 20ºC. Jeśli jest niższa, należy stosować domieszki obniżające temperaturę zamarzania zaczynu cementowego.
BADANIA MIESZANKI BETONOWEJ
Mieszanka betonowa – całkowicie wymieszane składniki betonu, które są jeszcze w stanie umożliwiającym zagęszczenie wybraną metodą.
Konieczne jest jednorodne wymieszanie składników mieszanki betonowej przed związaniem.
Mieszankę betonową charakteryzują cztery cechy: urabialność, jednorodność, konsystencja i zawartość powietrza.
Urabialność – zdolność do łatwego i szczelnego wypełniania formy. Jest pojęciem intuicyjnym, w praktyce nie wykonuje się badań.
Jednorodność – niezmienność składu mieszanki w każdym punkcie.
Konsystencja – inaczej stopień ciekłości. W zakresie badania konsystencji mieszanki betonowej norma akceptuje cztery podstawowe, powszechnie stosowane w Europie, metody pomiarowe: metodę opadu stożka, metodę Vebe, metodę stolika rozpływowego, oraz metodę pomiaru stopnia zagęszczalności.
Wykonujemy w laboratorium ocenę konsystencji metodą opadu stożka.
| Klasa | Opad stożka w mm | Według starej normy |
|---|---|---|
| S1 | od 10 do 40 | Wilgotna K-1 – nieokreślana stożkiem |
| S2 | od 50 do 90 | Gęstoplastyczna K-2 – nieokreślana stożkiem |
| S3 | od 100 do 150 | Plastyczna K-3 – opad 20-50 mm |
| S4 | od 160 do 210 | Półciekła K-4 – opad 60 do 110 mm |
| S5 | ≥220 | Ciekła K-5 – opad 120-150 mm |
Całkowita zawartość wody – woda dodana oraz woda już zawarta w kruszywie i znajdująca się na jego powierzchni a także woda w domieszkach i dodatkach zastosowanych w postaci zawiesin jak również woda wynikająca z dodania lodu lub naparzania.
Efektywna zawartość wody – różnica między całkowitą ilością wody w mieszance betonowej a ilością wody zaabsorbowaną przez kruszywo.
Współczynnik w/c (woda/cement) – stosunek efektywnej zawartości masy wody do zawartości masy cementu w mieszance betonowej.
Zawartość powietrza – objętość pęcherzyków powietrza w zagęszczonej mieszance, z pominięciem powietrza w porach kruszywa. Powietrze jest takim składnikiem mieszanki betonowej, który – choć nie uwzględniany na etapie projektowania - zawsze w niej występuje. Znajomość faktycznej zawartości powietrza w mieszance pozwala oszacować spowodowany przez nią spadek wytrzymałości na ściskanie. Norma opisuje dwie metody oznaczania zawartości powietrza:
metoda słupa wody – polega na pomiarze zmian słupa wody nad badaną mieszanką, w która wtłaczana jest woda pod określonym ciśnieniem
metoda ciśnieniomierza – polega na wprowadzeniu znanej objętości powietrza pod określonym ciśnieniem i łączeniu jej z powietrzem zawartym w mieszance. Ciśnieniomierz wskazuje wynikowe ciśnienie, które jest funkcją objętości powietrza w mieszance.
Oznaczanie gęstości mieszanki betonowej – polega na zważeniu mieszanki betonowej w pojemniku o znanej objętości i masie.
ρprz = m/V [kg/dm3]
gdzie: m – masa mieszanki betonowej (masa cylindra z mieszanką minus masa cylindra pustego)
V – objętość cylindra
Szczelność s =ρprz / ρpt
Porowatość
p = (1-s)100%
Mieszanką betonową nazywa się całkowicie wymieszane składniki betonu, które są jeszcze w stanie umożliwiającym zagęszczenie wybraną metodą (przed rozpoczęciem procesu wiązania). Właściwości mieszanek określają nor-my PN-EN 206-1 : 2003 „Beton. Część 1 : wymagania, właściwości, produkcja i zgodność „ oraz PN-B-06265 : 2004 „Krajowe uzupełnienie PN-EN 206-1”.
KONSYSTENCJA (ciekłość).
Przyjmuje się ją zamawiając beton towarowy lub przystępując do projektowania betonu w zależności od:
stopnia skomplikowania przekroju (dla przekrojów cienkościennych, o skomplikowanym kształcie mieszanki bardziej ciekłe);
od gęstości zbrojenia (przy dużym zagęszczeniu prętów bardziej ciekłe);
od przyjętego sposobu zagęszczania.
Dla betonów wytwarzanych bez domieszek upłynniających ciekłość mieszanki zwiększa się przez dodanie wody (rzadko wody i cementu), co jest najgorszym sposobem regulacji konsystencji, gdyż zwiększenie ilości wody obniża wytrzymałość betonu, zwiększa skurcz i nasiąkliwość. Dla otrzymania betonu o wysokiej jakości należy dobierać konsystencje mieszanki jak najbardziej suche, ale jeszcze takie, które można prawidłowo zagęścić dostępnym sprzętem. Przy zastosowaniu mieszanki zbyt suchej do zagęszczenia, spadki wytrzymałości i trwałości betonu będą znacznie większe, niż dla mieszanek zbyt ciekłych. Najlepszym sposobem regulacji konsystencji mieszanki jest dodanie niewielkich ilości superplastyfikatorów. Podwyższenie konsystencji uzyskuje się najczęściej przez dodanie piasku (o dużej wodożądności). Wg archiwalnej obecnie normy PN-88/B-06250 „Beton zwykły” konsystencję mieszanki badano metodą VeBe lub stożka opadowego i wyróżniano następujące konsystencje:
K1 – wilgotna (czas wibrowania ponad 28 s);
K2 – gęstoplastyczna (14 ÷ 27 s);
K3 – plastyczna (czas wibrowania 7 ÷ 13 s, opad stożka 2 ÷ 5 cm);
K4 – półciekła (czas poniżej 6 s, opad 6 ÷ 11 cm);
K5 – ciekła (opad stożka 12 ÷ 15 cm).
Przy wyładunku z betoniarki na placu budowy konsystencja była często oceniania metodą „na oko” wg następujących zasad:
konsystencja wilgotna: mieszanka bez połysku, silnie ściśnięta w dłoni zachowuje kształt i nie rozsypuje się:
konsystencja gęstoplastyczna: prawie bez połysku, daje się ugniatać jak glina, zachowuje kształt, ubijana nie wydziela wody;
konsystencja plastyczna: z wyraźnym połyskiem, uformowana w stożek powoli osiada, przy ubijaniu lub silnym nacisku wydziela krople wody;
konsystencja półciekła: z silnym połyskiem, rozpływa się poziomo, zasklepia otwory po wetkniętym drążku;
konsystencja ciekła: ma charakter cieczy, rozlewa się płasko, łatwo wydziela wodę, łatwo oddzielić ziarna kruszywa.
Według PN-EN 206-1 : 2003 ciekłość mieszanki charakteryzuje się klasami konsystencji. Konsystencja mieszanki może być badana:
metodą Vebe (klasy konsystencji VO, V1, V2, V3 i V4).;
metodą opadu stożka (klasy konsystencji S1, S2, S3, S4 i S5);
metodą rozpływu (klasy konsystencji F1, F2, F3, F4, F5 i F6);
metodą oznaczania stopnia zagęszczalności (klasy C0, C1, C2 i C3).
Nie ma zależności umożliwiających przeliczenie konsystencji oznaczonej jedną z w/w metod na konsystencję wg innej metody, dlatego w zamówieniu na beton należy podać, jaka metodą ma być badana klasa konsystencji. Klasy konsystencji badane metodą Vebe lub opadu stożka i określone w PN-EN 206-1 nie mają odpowiedników w tradycyjnych nazwach konsystencji wg PN-88/B-06250 (np.: dawna konsystencja gęstoplastyczna odpowiadała czasowi wibrowania 14 ÷ 27 sekund; obecna klasa konsystencji V1 odpowiada czasowi wibrowania 21 ÷ 30 sekund, a klasa V2 czasowi 11 ÷ 20 sekund).
Dla mieszanek o dużej ciekłości (np.: z dodatkiem superplastyfikatorów) najlepszą metodą badania konsystencji jest metoda rozpływu. Dla mieszanek półciekłych najlepszą metodą jest metoda opadu stożka, a dla mieszanek o małej i średniej ciekłości metodą Vebe. Metoda badania zagęszczalności jest mało znana i rzadko stosowana. Metoda Vebe polega na uformowaniu z mieszanki stożka ściętego i wibrowaniu go w naczyniu pomiarowym na stoliku wibracyjnym do momentu, gdy mieszanka uformuje płaską powierzchnię górną. Miarą konsystencji wg Vebe jest czas wibrowania (tym dłuższy, im bardziej sucha jest mieszanka). Metoda opadu stożka polega na uformowaniu z mieszanki stożka ściętego o znormalizowanych wymiarach, zagęszczonego przez sztychowanie w określony normą sposób. Miarą konsystencji jest opad stożka w cm pod własnym ciężarem. Metoda rozpływu polega na uformowaniu z mieszanki stożka ściętego i wibrowaniu go w określony sposób na ręcznym stoliku wstrząsowym. Miarą konsystencji jest średnica (w mm) placka, na który rozpływa się mieszanka. Metoda oznaczania stopnia zagęszczalności polega na wibrowaniu mieszanki na stoliku wibracyjnym Vebe, w pojemniku 20 x 20 x h = 40 cm i pomiarze objętości mieszanki przed i po zagęszczeniu. Miarą konsystencji jest stopień zagęszczalności podający, ile razy zmniejszyła się objętość mieszanki podczas wibrowania.
URABIALNOŚĆ
Mieszanka jest dobrze urabialna, jeżeli łatwo wypełnia skomplikowane kształty (bez dużego nakładu pracy na zagęszczanie) i gdy nie ulega rozsegregowaniu. Zwiększenie ciekłości mieszanki (obniżenie konsystencji) poprawia łatwość układania i zagęszczania, ale zwiększa tendencję do rozsegregowania. Łatwość układania zależy od ilości zaprawy (cząstek o wymiarach do 2 mm, tj. cementu, piasku i wody) w mieszance. Zaprawa stanowi rodzaj „smaru” umożliwiającego przesuwanie się ziaren kruszywa grubego. Im więcej zaprawy, tym lepsza urabialność. Ilość zaprawy w mieszance nie może być też za duża, gdyż ze wzrostem ilości zaprawy maleje moduł sprężystości betonu (beton staje się nadmiernie odkształcalny), rośnie skurcz przy wiązaniu i wzrasta nasiąkliwość. Ilość zaprawy musi być tym większa, im drobniejsze jest kruszywo w betonie (bo mniejsze ziarna mają większą powierzchnię właściwą) oraz im bardziej skomplikowany kształt ma element. Kruszywa łamane i piaski kopalne dają mieszanki o gorszej urabialności, niż kruszywa otoczakowe. W dobrym betonie zaprawa powinna zajmować około 50% objętości (500 l/m3) i kruszywo grube około 50%. Ilość zaprawy w mieszance wylicza się z wzoru:
, gdzie:
Z – objętość zaprawy w l/m3,
F – ilość piasku (do 2 mm) w kg/m3,
ςF – gęstość piasku w kg/l (dla kwarcowego 2,65 kg/l),
C – ilość cementu w mieszance w kg/m3,
ςc – gęstość cementu równa 3,1 kg/l,
W – objętość wody w litrach.
Zalecane ilości zaprawy wynoszą:
dla mieszanek na kruszywie do 32 mm (konstrukcje o najmniejszym wymiarze przekroju 6 ÷ do 50 cm) od 450 do 550 l/m3;
dla mieszanek na kruszywie do 16 mm (konstrukcje cienkościenne, o grubości poniżej 6 cm) od 500 do 550 l/m3 (a nawet do 600 l/m3);
Właściwa ilość zaprawy jest zapewniona przez punkt piaskowy kruszywa około 33% i zawartość cementu powyżej 300 kg/m3. Jeżeli w mieszance jest za mało cząstek 0/0,125 (bardzo wodożądnych), zaczyn cementowy nie jest utrzymywany w kruszywie siłami napięcia powierzchniowego wody i może wypływać z betonu podczas zagęszczania. Wówczas na powierzchniach pionowych i dolnych elementów konstrukcyjnych powstają pustki pomiędzy ziarnami kruszywa grubego, tzw. „raki” (np.: przy wypływaniu zaczynu przez nieszczelności szalunku), a na powierzchniach poziomych górnych (np.: na posadzkach betonowych) występuje samoczynne, nadmierne wydzielanie mleczka cementowego (angielska nazwa „bleeding”). Jeżeli powierzchnia taka jest zacierana mechanicznie, może nastąpić wtarcie mleczka cementowego pod powierzchnię, gdzie na głębokości kilku milimetrów tworzy się słaba warstwa i powoduje powierzchniowe łuszczenie się posadzek. Ilość drobnych frakcji wylicza się ze wzoru:
, gdzie:
V0/0,125 – objętość drobnych frakcji w l/m3,
F0/0,125 – ilość frakcji 0/0125 piasku w kg.
Zalecane ilości drobnych frakcji wynoszą:
dla mieszanek o uziarnieniu do 63 mm co najmniej 70 l/m3,
dla mieszanek o uziarnieniu do 32 mm co najmniej 80 l/m3,
dla mieszanek o uziarnieniu do 16 mm co najmniej 95 l/m3.
Ilość drobnych frakcji w mieszance można zwiększyć przez dodatek drobnego piasku, popiołu lotnego lub zwiększenie ilości cementu.
3. STOSUNEK W/C (lub C/W)
Od W/C zależy nasiąkliwość i mrozoodporność betonu oraz odporność korozyjna, bo odparowujący z mieszanki nadmiar wody pozostawia kapilary. Od stosunku W/C zależy skurcz fizyczny betonu spowodowany wysychaniem (skurcz fizyczny stanowi 2/3 całego skurczu). Od stosunku W/C zależy wytrzymałość betonu. Możliwy do uzyskania stosunek W/C zależy od wodożądności kruszywa – obniżając wodożądność (np.: stosując grube piaski) można zmniejszyć ilość wody w mieszance i obniżyć W/C. Obniżkę stosunku W/C jest najłatwiej uzyskać przez stosowanie plastyfikatorów lub superplastyfikatorów.
Podczas projektowania betonu stosunek W/C wylicza się ze wzoru Bolomeya:
gdy: 2,5 > ≥ 1,2 ,
albo:
gdy: 3,2 ≥ ≥ 2,5 .
(c/w wylicza się z dokładnością do 0,01).
Występująca we wzorze wytrzymałość umowna jest badana na próbkach sześciennych o krawędzi 15 cm, po 28 dobach dojrzewania w temperaturze 18 ±2oC i wilgotności powietrza co najmniej 90%.
jest w przybliżeniu równa fcm, cube wg PN-EN 206-1.
fcm, cube jest badana na próbkach sześciennych 15 cm, zagęszczanych w warstwach nie grubszych od 10 cm, dojrzewających 28 dób w temperaturze 20 ±2oC i wilgotności powietrza co najmniej 95% (w wodzie).
Współczynniki A1 i A2 są wyznaczane empirycznie i zależą od rodzaju (wytrzymałości) kruszywa (łamane o wyższej wytrzymałości) i klasy cementu.
| Klasa cementu | 32,5 | 42,5 | 52,5 |
|---|---|---|---|
| Kruszywo naturalne, niekruszone | A1 | 18 | 21 |
| A2 | 12 | 14,5 | |
| Kruszywo łamane | A1 | 20 | 24 |
| A2 | 13,5 | 16 |
Powyższe podawane w literaturze wartości współczynników A1 i A2 są ustalone z pewnym zapasem bezpieczeństwa (mogą być zawyżone o około 10 – 15%) i w betoniarniach pracujących stale na tym samym kruszywie mogą być określone bardziej dokładnie na podstawie doświadczeń własnych. Wzór Bolomeya można przekształcić matematycznie następująco:
Jest to równanie linii prostej, które mówi, że wytrzymałość betonu jest wprost proporcjonalna do stosunku C/W. Wytrzymałość betonu nie zależy od ilości cementu (bo można zrobić beton z dużą ilością cementu oraz dużą ilością wody, tj. o małym stosunku C/W, który będzie słaby i nasiąkliwy oraz o dużym skurczu), ale od stosunku C/W. Wzór Bolomeya obowiązuje, gdy jamistość mieszanki (zawartość powietrza w mieszance) jest nie większa od 2%.
Niski stosunek W/C (wysoki C/W) gwarantuje trwałość betonu w różnych warunkach eksploatacji. Najwyższe dopuszczalne wartości stosunku W/C w zależności od klasy ekspozycji (warunków eksploatacji betonu) podaje norma PN-EN 206-1 oraz norma PN-B-06265 (Załączniki do wykładu). Jeżeli przy projektowaniu betonu stosunek W/C wyliczony z wzoru Bolomeya jest większy, niż dopuszczalny wg PN-EN 206-1 ze względu na trwałość betonu, należy do wyliczenia składu mieszanki przyjąć wartość W/C z normy, gwarantującą trwałość betonu.
Dmax
Dobór największego dopuszczalnego wymiaru ziaren kruszywa (przy projektowaniu lub zamawianiu betonu) zależy od:
grubości otulin prętów zbrojeniowych;
odległości miedzy zbrojeniem w świetle;
najmniejszego wymiaru przekroju elementów.
Wg PN-B-03264 grubość otulin zbrojenia C powinna być nie mniejsza, niż Dmax + 5 mm. Stąd:
Dmax ≤ C - 5 mm.
Grubość otulin zależy od średnicy prętów zbrojeniowych (ze względu na przekazanie sił przyczepności betonu do prętów, grubość otulin nie powinna być mniejsza od średnicy prętów) oraz od klasy środowiska (od agresywności środowiska w stosunku do betonu i stali zbrojeniowej). Norma PN-B-03264 wyróżnia następujące klasy środowiska:
1 (środowisko suche, np.: wnętrze budynku);
2a (środowisko wilgotne, bez mrozu);
2b (środowisko wilgotne z mrozem);
3 i 4 (środowisko wilgotne, z mrozem i chlorkami);
5a (słabo agresywne chemicznie);
5b (umiarkowanie agresywne);
5c (silnie agresywne).
Minimalne dopuszczalne grubości otulin dla poszczególnych klas środowiska wynoszą:
1 – 15 mm, 2a – 20 mm, 2b – 25 mm, 3 i 4 – 40 mm, 5a – 25 mm, 5b – 30 mm, 5c – 40 mm plus ochrona powierzchniowa. Przy projektowaniu konstrukcji minimalną grubość otulenia należy zwiększyć o odchyłkę Δc, zależną od poziomu wykonawstwa (Δc = 0 ÷ 5 mm dla prefabrykatów; Δc = 5 ÷ 10 mm dla konstrukcji monolitycznych).
Ze względu na odległości Sl w świetle (w poziomie i w pionie) miedzy prętami zbrojeniowymi:
Dmax ≤ Sl - 5 mm.
Ze względu na minimalną szerokość przekroju a: Dmax ≤ 1/3 a.
Przy ocenie najmniejszego wymiaru przekroju należy brać także pod uwagę podział przekroju betonu przez wkładki (profile dylatacyjne, izolacje itp.).
5. Minimalna zawartość cementu Cmin.
Ze względu na trwałość betonu (zabudowanie porów kapilarnych podczas pielęgnacji mokrej) oraz ochronę stali zbrojeniowej przed korozją, mieszanka powinna zawierać cement w ilości nie mniejszej od Cmin. Cmin zależy od klasy ekspozycji (warunków eksploatacji betonu). Wartości Cmin dla poszczególnych klas ekspozycji podaje PN-EN 206-1 (Załącznik do wykładu). Podczas projektowania betonu mogą występować przypadki, że ilość cementu wyliczoną z wzoru Bolomeya trzeba zwiększyć do wartości Cmin dla zapewnienia trwałości betonu.
6. MAKSYMALNA DOPUSZCZALNA ZAWARTOŚĆ CEMENTU Cmax.
Zawartość cementu w betonie powinna być ograniczona ze względu na niebezpieczeństwo spękań skurczowych. Dla betonów klas do C 30/37 (dawniej klasy B35) Cmax nie powinno być większe od 450 kg/m3, a dla klas powyżej C 30/37 nie większe niż 550 kg/m3 (norma PN-EN 206-1 nie stawia wymagań dla Cmax).
Gdy podczas projektowania betonu zalecane wartości Cmax zostaną przekroczone, można zastosować następujące środki zaradcze:
zwiększyć klasę cementu i obniżyć jego ilość;
zmniejszyć ilość wody przez zastosowanie superplastyfikatora i zachowując stałe C/W obniżyć również zawartość cementu;
zmniejszyć wodożądność kruszywa przez zastosowanie grubszych kruszyw.
7. STOPIEŃ NAPOWIETRZENIA MIESZANKI BETONOWEJ.
Zawartość powietrza w mieszance bada się aparatem ciśnieniowym, przy wykorzystaniu zależności pomiędzy ciśnieniem w aparacie i objętością gazu, wynikających z prawa Boyle’a-Mariotta. Mieszanka wychodząca z betoniarki może zawierać do około 18% objętościowych zaokludowanych pęcherzyków powietrza. Powietrze to podczas zagęszczania mieszanki powinno zostać usunięte do wartości poniżej 2% (wzór Bolomeya obowiązuje dla jamistości mieszanki poniżej 2%), gdyż wzrost jamistości o 1% powoduje spadek wytrzymałości betonu na ściskanie o około 3,5%. Dla betonów nawierzchniowych, narażonych na mróz i środki odladzające, istnieje wymagany normą obowiązek stosowania środków napowietrzających, które zwiększają mrozoodporność betonu. Wymagany stopień napowietrzenia zależy od klasy ekspozycji oraz od uziarnienia mieszanki (powinien być wyższy dla mieszanek drobnoziarnistych). Wymagana przy napowietrzaniu minimalna zawartość powietrza powinna wynosić 4%, a najwyższa nie powinna przekraczać wyspecyfikowanego minimum plus 4%. Przy wyliczaniu składu mieszanki należy uwzględnić fakt, że wskutek napowietrzania proporcjonalnie obniży się wytrzymałość betonu (do wzoru Bolomeya należy wstawić odpowiednio wyższą wartość wytrzymałości umownej)