Teoria Janssena dla kanałów równoległych.

- kanał równoległy

σn – poziome naprężenia normalne na ścianie

t – naprężenia styczne na ściane

φw – kąt tarcia na ścianę

dz – wysokość

2a – szerokość kanału

σx – średnica pionowa naprężeń normalnych

- kanał szczelinowy

$${\sigma_{z}*2a - \left( \sigma_{z} + d\sigma_{z} \right)2a*1 - 2\tau*dz*1 + \gamma*2a*dz = 0\backslash n}{\sigma_{z} - \sigma_{z} - d\sigma_{z} - \frac{\text{τdz}}{a} + \gamma dz = 0\backslash n}{\frac{d\sigma_{z}}{dz} + \frac{\tau}{a} - \gamma = 0\backslash n}$$

- kanał walcowy (bez sił bezwładności)

$${\sigma_{z}*\pi a^{2} - \left( \sigma_{z} + d\sigma_{z} \right)\pi a^{2} - \tau*dz*2\pi a + \gamma*\pi a^{2}*dz = 0\backslash n}{\sigma_{z} - \left( \sigma_{z} + d\sigma_{z} \right) - \frac{2\tau dz}{a} + \gamma dz = 0}$$

$$\frac{d\sigma_{z}}{dz} + \frac{\text{mτ}}{a} - \gamma = 0$$

Ogólnie: $\left\{ \begin{matrix} \frac{d\sigma_{z}}{dz} + \frac{\text{mτ}}{a} - \gamma = 0 \\ \frac{d\sigma_{z}}{dz} + \frac{\text{mM}\sigma_{z}}{a} - \gamma = 0 \\ \end{matrix} \right.\ \ \ \ \ \ \ \ gdzie\ m = \left\{ \begin{matrix} 1\ kanal\ szczelinowy \\ 2\ kanal\ walcowy \\ \end{matrix} \right.\ $

Rozwiązanie równania różniczkowego zawiera 2 niewiadome. W celu jego rozwiązania wykorzystujemy związki:

$${\frac{\tau}{\sigma_{n}} = tg\left( \varphi_{w} \right)\backslash n}{\frac{\sigma_{n}}{\sigma_{z}} = K\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{d\sigma_{z}}{\text{dz}} + \frac{\text{mM}}{a}\sigma_{z} - \gamma = 0\backslash n}{M = K*tg\left( \varphi_{w} \right) = \frac{\tau}{\sigma_{z}}}$$

$$do\ rozwiazania\ rownania\ rozniczkowego:\ \ \ \ \ \ \ \sigma_{z} = e^{- \frac{mMz}{a}}*\left( \frac{\text{γa}}{\text{mM}}*e^{\frac{mM_{z}}{a}} + c \right)$$

Warunki brzegowe:

1. $dla\ \ \ \ z = 0\ \ \ \ \sigma_{z} = \sigma_{z}^{0}\ \ \ \ c = \sigma_{z}^{0} - \frac{\text{γa}}{\text{mM}}\ \ = > \ \ \ \sigma_{z} = \frac{\text{γa}}{\text{mM}} + \left( \sigma_{z}^{0} - \frac{\text{γa}}{\text{mM}} \right)e^{- \frac{mMz}{a}}\ \backslash n$B) $dla\ \ \ \ \ z = 0\ \ \ \sigma_{z} = 0\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ = > \ \ \ \sigma_{z} = \frac{\text{γa}}{\text{mM}}\left( 1 - e^{- \frac{mMz}{a}} \right)$

C) $dla\ \ \ \ \ z = \infty\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ = > \ \ \ \ \ \sigma_{z}\left( z = \infty \right) = \frac{\text{γa}}{\text{mM}}$

D) kanał idealnie gładki (φ_w = 0)            = >     σ_z = γz + σ_z⁰ σ_n = K * σ_z      τ = M * τ_z

Teoria Jansena dla kanałów zbieżnych

Kanał zbieżny – kanał, w którym ściany są symetrycznie nachylone do pionu pod kątem θw. Wyróżnić można kanał klinowy i stożkowy. (rys 1)

W przypadku warstwy płaskiej z warunku równowagi sił mamy:

$${\left( \sigma_{z} + d\sigma_{z} \right)*\pi*\left( \text{ztg}\theta_{w} \right)^{2} + \sigma_{z}\pi\left( \text{ztg}\theta_{w} \right)^{2} + \left( \text{τcos}\theta_{w}*\frac{\text{dz}}{\cos\theta_{w}} + \sigma_{n}\sin\theta_{w}\frac{\text{dz}}{\cos\theta_{w}} \right)2\pi ztg\theta_{w} - \gamma dz\pi\left( \text{ztg}\theta_{w} \right)^{2}\backslash n}{\frac{d\sigma_{z}}{\text{dz}} + \frac{1}{z}\left( \sigma_{z} - \sigma_{n} - \tau ctg\theta_{w} \right) + \gamma = 0}$$

Kanał stożkowy

$${\frac{d\sigma_{z}}{\text{dz}} + \frac{2}{z}\left( \sigma_{z} - \sigma_{n} - \tau ctg\theta_{w} \right) + \gamma = 0\backslash n}{\frac{d\sigma_{z}}{\text{dz}} + \frac{m}{z}\left( \sigma_{z} - \sigma_{n} - \tau ctg\theta_{w} \right) = 0\backslash n}$$

$${\frac{d\sigma_{z}}{\text{dz}} + \frac{m\sigma_{z}}{z}\left\lbrack 1 - M\left( \text{ctg}\varphi_{w} + ctg\theta_{w} \right) \right\rbrack + \gamma = 0\backslash n}{\frac{d\sigma_{z}}{\text{dz}} + \frac{\text{mN}\sigma_{z}}{z} + \gamma = 0\backslash n}{N = \lbrack 1 - M\left( \text{ctg}\varphi_{w} + ctg\theta_{w} \right)\backslash n}{zalozenie:mN \neq 1\ = > \ \sigma_{z} = \frac{\gamma}{mN + 1}z + Cz\backslash n}{C = > warunki\ brzegowe\backslash n}{a)\ z = H,\ \sigma_{z} = \sigma_{z}^{0}\ \text{\ \ }\sigma_{z} = - \frac{\gamma}{mN + 1} + \left( \sigma_{z}^{0} + \frac{\text{γH}}{mN + 1} \right)\left( \frac{H}{z} \right)^{\text{mN}}\backslash n}{b)\ z = H,\ \sigma_{z} = 0\ \ \ \ \ \sigma_{z} = - \frac{\gamma}{mN + 1}\left\lbrack - 1 + \left( \frac{H}{z} \right)^{mN + 1} \right\rbrack\backslash n}{c)\ w\ wierzcholku\ kanalu\ \left( z = 0 \right),\ \sigma = \infty\ gdy\ mN > 0\backslash n}{\sigma_{z} = \infty\ gdy\ mN > 0\ \ \ \ M < \frac{1}{\text{ctg}\varphi_{w} + ctg\theta_{w}}\ \backslash n}{\sigma_{z} = 0\ gdy\ mN < 0\ \ \ \ \ M > \ \frac{1}{\text{ctg}\varphi_{w} + ctg\theta_{w}}}$$

Obliczenie naporu wg normy DIN

$$Wsp.\ naporu - \ \lambda = \frac{p_{h}}{p_{w}}\ \left\lbrack - \right\rbrack\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }Wsp.tarcia - \ \mu = \frac{p_{w}}{p_{h}} = \frac{\tau}{\sigma_{n}} = \tan\varphi_{w}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }z_{0} = \frac{A}{\text{λuμ}}\text{\ \ \ \ \ }\backslash n$$

uwzględnia się obciążenie równomierne i nierównomierne. W silosie o przepływie masowym nie uwzględnia się obciążenia nierównomiernego, ale bierze się pod uwagę wzrost obciążenia przy przejściu kanału równoległego w kanał zbieżny.

Obciążenia równomierne:

$${- \ styczne\ na\ sciane:\ \ \ \ \ p_{\text{we}} = 1,1*\frac{\text{γA}}{u}\left( 1 - e^{- \frac{z}{z0}} \right)\backslash n}{- \ normalne\ poziome:\ \ \ p_{\text{he}} = e_{h}*\frac{\text{γA}}{\text{uμ}}\ \left( 1 - e^{- \frac{z}{z0}} \right)\backslash n}{- \ normalne\ pionowe:\ \ p_{\text{ve}} = \frac{\text{γA}}{\text{uμλ}}\left( 1 - e^{- \frac{z}{z0}} \right)\backslash n}$$

− poziome naprezenia normalne :  p_he = e_h * p_nf * χ

Na powierzchni kwadratowej s=0,8(A/u). W środku silosu przyjmuje się poziome obciążenie βp_he. Obliczony wzrost naporu poziomego przyjmuje się na całej wysokości.

Jeżeli silos posiada poziome usztywnienie na dole i u góry można równomiernie zwiększyć napór χ_phe:

- Dla silosów okrągłych

χ=1+0,5β+0,002 β*(r/t) dla r/t≤70

χ=1+ 3 β(h/d)^1/2 dla r/t≥100

- Dla silosów z kątami w przekroju poprzecznym

χ=1+0,8 dla r/t≥100

Współczynnik β: β= βh* βa* βr* βG

βh- wsp. smukłości βa- wsp. mimośrodowy βr-wsp. sztywności

$$\beta_{h} = \left\{ \begin{matrix} 1\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{h}{d} < 1 \\ \frac{0,2h}{d} + 0,8\ \ \ \ \ \ \ 1 \leq \frac{h}{d} \leq 4 \\ 1,6\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{h}{d} > 4 \\ \end{matrix} \right.\ \text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\beta_{a} = \left\{ \begin{matrix} 1,0\ \ \ \ \ \ \ \frac{a}{r} < \frac{1}{3} \\ 3\frac{a}{r}\text{\ \ \ \ \ \ \ }\frac{a}{r} \geq \frac{1}{3} \\ \end{matrix} \right.\ \text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\beta_{r} = \left\{ \begin{matrix} 0,3\ \ \ \ \ \ \ \frac{r}{t} \leq 70 \\ 0,05\ \ \ \frac{r}{t} \geq 100 \\ \end{matrix} \right.\ $$

βG- wsp. materiałowy przyjmowany z tab 3

Obciążenie na poziomie dna: p_h = C_b * p_rf ≤ γ_h C_b = 1, 5 lub 1, 8 (kukurydza,  klinkier)

Sily wypadkowe : ∖n− pionowa G (ciezar mat.)   G = γπr²h ∖ n− pionowa w mat.                     R = πr² * p_v ∖ n−pionowa tarcia                       T = G − R ∖ n−pozioma sila                            N = T/tanφ_w−pozioma rozciagajaca         H = p_h * r ∖ n

$$p_{h} = 2,4\frac{A}{u}\text{λγsi}n^{2}\frac{\alpha}{\sqrt{\mu}}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }p_{w} = \frac{p_{h}}{2}\ $$

Opróżnianie w kanale zbieżnym

$${p_{\text{no}} = \left( P_{\text{vf}}*C_{b}*\operatorname{}\alpha + p_{\text{hf}}*\operatorname{}\alpha \right)\left( 1 + \frac{\sin{2\alpha}}{4\mu} \right)\backslash n}{p_{\text{hu}} = p_{\text{vf}}*C_{b}*\operatorname{}\alpha\backslash n}{p_{w} = \frac{p_{h}}{2}}$$

Dodatkowe obciążenie przy przejściu kanału równoległego w kanał zbieżny

Dodatkowe obciążenie przy przejściu kanału równoległego w kanał zbieżny przy przepływie masowym oblicza się wg rysunku na odcinku b_s=0,3d

p_s=z lub p_s= γd mniejsza wartość jest miarodajna

Nadciśnienie

Przyjmuje się liniowe od miejsca napowietrzania. $\Delta h = 1,3\frac{p_{c}}{\gamma}$. Zestawia się go następnie z naporami phe i pb. Ciężar objętościowy mieszaniny powietrza i materiału sypkiego wynosi 0,6γ.

Wyboczenie ścian

Ściany silosów o cienkich ścianach oblicza się na obciążenie Pwe zwiększone o 10%

Przepływ masowy i kominowy w silosach.

Postanowienia ogólne. Napór przy opróżnianiu komory. Przy złożonym kącie pochylenie ściany leja α, dla wybranych materiałów do składowania należy z tab. 2 polskiej normy PN-B-03202 odczytać odpowiednie wartości wsp. tarcia μ i sprawdzić na rys. 3 lub rys. 4 w jakim polu rysunku znajduje się punkt o współrzędnych μ,α. Jeżeli punkt znajduje się w polu przepływu rdzeniowego, to można przyjąć, że w silosie występuje rzeczywiście przepływ rdzeniowy. W przypadku, gdy punkt znajduje się w polu przepływu nieokreślonego lub masowego, to wartość μ dla ściany leja, odpowiednią do oszacowania rodzaju przepływu należy określić za pomocą badań doświadczalnych.

Wyróżnia się 2 zasadnicze profile przepływu w silosach:

1. Przepływ kominowy (rdzeniowy) – powstają strefy „martwe”.

2. Przepływ masowy – cały materiał jest w ruchu, obowiązuje zasada „first in- first out”. Zalety: duża szybkość, nie ma stref „martwych”, duża wydajność silosu, brak regeneracji materiału. Wady: dodatkowo trzeba zwiększyć grubość ścian w załamaniu.

Betony z włóknami stalowymi

Betony te nazywane są inaczej „fibrobetonami” lub „drutobetonami”. Zasadniczą wadą betonu i cementowych zapraw jest niska wytrzymałość na rozciąganie. W wyniku tego powstają rysy. Zadanie zbrojenia w postaci włókien jest hamowanie procesu mikro i makro zarysowania betonu na etapie dojrzewania i twardnienia, jak i też pod działaniem obciążeń eksploatacyjnych.

Zadanie włókien – ograniczenie rys powstających w wyniku odspojenia się zaprawy od ziaren grubego kruszywa, ograniczenie pęknięć w matrycy cementowej, ograniczenie powstawania nowych mikro pęknięć w betonie obciążonym, zmniejszenie skurczu zaczynu i zaprawy, równomierny rozkład naprężeń w elemencie (włókna przekazują naprężenia na większy obszar betonu), zmiana charakteru zniszczenia elementów z kruchego na quasi-plastyczny (włókna się nie zrywają lecz wysuwają z betonu).

Włókna poprawiają – wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu, udarność, odporność na zmęczenie, odporność na ścieranie, odporność na erozyjne działanie czynników zewnętrznych, mrozoodporność.

Ocenę efektywności pod względem nośności można dokonać przez porównanie energii zniszczenia (wielkość pola p_r od krzywą zależności obciążenie-odkształcenie). Dodanie włókien zwiększa znacznie energię potrzebną do zniszczenia.

O cechach betonu z włóknami stalowymi decydują – długość włókien, ich średnica, smukłość, kształt (przekrój kolisty), rodzaj obróbki powierzchni włókien (mogą być proste z odgięciami, pofalowane, z haczykami), wytrzymałość na rozciąganie stali.

Rodzaje włókien w Polsce – Harex (gładkie i proste przekroju kołowym, kwadratowym lub prostokątnym, nieregularne); Addiment (pokryte cynkiem lub miedzią); Wirand (gładki o przekroju prostokątnym, skręcone)

Ilość włókien w betonie – minimalna zawartość włókien powinna wynosić 0,5-1% objętości betonu, maksymalna zawartość włókien powinna być ilość włókien, która nie pogorszy urabialności betonu, optymalna zawartość włókien przyjmuje się taką zawartość włókien, przy której nie następuje ich zwijanie się w kule podczas mieszania. Optymalna ilość zależy od smukłości włókien.

Włókna stalowe mogą być wymieszane z betonem w zakładzie, na placu budowy lub w betonowozie przed podaniem do pompy.

Wytrzymałości mechaniczne

-wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu: Określa się ją na podstawie badań zginanych beleczek o przekroju (b´h) 150´150 mm i długości l=459 mm (Rys.5.7). Wytrzymałość oblicza się według wzoru:

Fu=M/W=(Pu*l)/(2*3)*6/bh^2=(Pu*l)/bh^2

gdzie Pu oznacza maksymalną siłę niszczącą. Nawet przy niskim dodatku włókien stalowych do betonu (30 kg/m3) zwiększa się jego ciągliwość (próbka nie ulega zniszczeniu kruchemu). Według normy JCI SF-4 i ASTM C1018 najbardziej miarodajną cechą betonu zbrojonego włóknami stalowymi jest tzw. Równoważna wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu określona wzorem:

gdzie Tb oznacza pracę zginania określoną na podstawie pola powierzchni pod krzywą do miejsca strzałki ugięcia równej ρtb=l/150.

Obliczanie sklepień

Stan naprężeń w sklepieniu (kanał klinowy)

Sklepienia tworzą się przy wypływie z silosu materiałów mających trudności w przepływie. Może wówczas powstać częściowe zahamowanie przepływu (trwale) lub mogą tworzyć się wyżej wymienione sklepienia.(rys 1)

Rysunek przedstawia sklepienie w kształcie dwóch symetrycznych płatów względem osi kanału o jednostkowej szerokości i jednostkowej grubości, nachylonych do płaszczyzny poziomej pod kątem α (rys 2).

Wytrzymałość materiału na jednoosiowe ściskanie (rys 3)

Algorytm wyznaczenia dokładnej szerokości otworu wylotowego i nachylenia ścian w kanale zbieżnym:

1. Obliczenie większego naprężenia głównego

$${\sigma_{2} = \frac{\sigma_{r} + \sigma_{n}}{2} + \sqrt{\left( \frac{\sigma_{r} - \sigma_{n}}{2} \right)^{2} + \tau^{2}}\backslash n}{\sigma_{2} = \frac{\sigma_{r}}{2}(1 + Mctg\varphi_{w} + \sqrt{\left( 1 - Mctg\varphi_{w} \right)^{2} + 4M^{2}}\ }$$

1. Wyznaczenie naprężenia ściskającego σs w sklepieniu

2. Porównanie σs z wytrzymałością na jednoosiowe ściskanie σ₂⁰

Sklepienie nie wystąpi na pewno, jeżeli σs > σ₂⁰=f(σ₂) (rys 4)

Konstrukcje i zbrojenie silosów

Silosy wymiarujemy na momenty zginające i siły normalne. Ściany pionowe wymiarujemy na ściskanie mimośrodowe w płaszczyźnie pionowej oraz na rozciąganie mimośrodowe w płaszczyźnie poziomej. Siła pionowa pochodzi od siły tarcia na ścinanie, ciężaru konstrukcji i galerii nadsilosowej oraz ciężaru śniegu. Siła pozioma i moment równoleżnikowy pochodzą od naporu. Moment południkowy od wiatru i zamocowania ścian w dnie.

Ściany lejów wymiarujemy na mimośrodowe rozciąganie w obu płaszczyznach.

Obliczanie zbrojenia według typowych procedur dla mimośrodowego rozciągania i ściskania. Ściany silosów zbroi się zwykle dwustronnie. Ściany wewnętrzne zbroi się zawsze dwustronnie, natomiast ściany zewnętrzne o małej sile rozciągającej moją być zbrojone w przęsłach tylko po stronie zewnętrznej. W węzłach utworzonych przez stykające się ze sobą ściany i wzajemnie prostopadłych wykonane są skośne zgarbienia o pochyleniu 1:1, zbrojenie w węzłach strzemionami φ8 co 20cm lub skosy 1:3.

(Rys 1). Wkładki zbrojenia poziomego w ścianach pionowych nie powinny być rzadziej niż 20cm i nie dłuższe niż 6m. Wkładki zbrojenia pionowego powinny mieć średnicę nie mniejszą nić 10mm i należy je rozmieszczać w odległości nie większej niż 50cm.

Silosy okrągłe – średnica pierścieniowych wkładek poziomych wynosi 10-18mm, ilość 5-10, długość zakładu wynosi 60dp, max 3 styki na długości. Średnica wkładek pionowych od 10mm w górę, co 30-35cm w ścianach zewnętrznych i co 40-45cm w ścianach wewnętrznych. (rys2)

Betony z włóknami polipropylenowymi

Włókna są wykonane z polipropylenu: średnica 10-500 mm, długość 6-64 mm, gęstość 0.9 g/cm3, wytrzymałość na rozciąganie 300-700 MPa, moduł sprężystości 300-12000 GPa, wydłużenie przy

zniszczeniu 15%, temperatura topienia 150oC i przewodność cieplna 0.28 W/mK [66].

W zależności od przeznaczenia rozróżniamy następujące włókna:

· włókna stosowane do tynków oraz betonu natryskowego (np. Fortatech Fibre Multi 127),

· włókna stosowane do fundamentów i betonu utwardzanego powierzchniowo (np. Fortatech Fibre Multi Standard 190),

· włókna stosowane do wielkogabarytowych prefabrykatów, posadzek o dużych naciskach, oczyszczalni ścieków o powierzchniach utwardzanych powierzchniowo (np. Fortatech Fibre

High Grade 380),

· włókna stosowane do mostów, lotnisk, elektrowni wodnych (np. Fortatech Fibre High Grade 640).

Zadaniem włókien w betonie jest: eliminacja rys skurczowych, zwiększenie wytrzymałości na ściskanie, zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie, zmniejszenie nasiąkliwości i wodoprzepuszczalności, zwiększenie odporności na zmiany temperatury, zwiększenie odporności na przemarzanie, zwiększenie odporności na alkalia i korozję, ograniczenie segregacji mineralnych składników betonu.

Włókna są odporne na korozje, środowisko alkaliczne, są chemicznie obojętne i nie ulegają procesom gnilnym. Mieszanki z ich dodatkiem nadają się do wylewania, tłoczenia lub natryskiwania. Stosowanie ich nie wymaga wprowadzenia żadnych zmian w technologii betonu.

Zalecana dawka włókien 0.6-1.0 kg na 1 m3 betonu. Dodaje się je prosto do betoniarki. Jednorodność masy uzyskuje się już po 5 minutach mieszania w typowej betoniarce. Włókna nie wpływają na szybkość hydratacji i czas twardnienia. Podczas dodawania włókien, siły występujące w trakcie mieszania powodują rozpad wiązek na miliony niezależnych równomiernie rozłożonych włókien.

Obecność włókien polipropylenowych ogranicza powstawanie rys. Działanie włókien ustaje po czasie, gdy wzrastający moduł sprężystości betonu przekroczy moduł sprężystości polipropylenu.

Właściwości mechaniczne:

·Wytrzymałość na ściskanie. Występuje wzrost do 10% . Wzrasta ponadto początkowa wytrzymałość.

·Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu. wzrasta o 10-20%.

· Wodoszczelność, nasiąkliwość, mrozoodporność - dodatek włókien poprawia szczelność. Przenikanie wody jest ponad dwa razy mniejsze niż przez próbkę zwykłego betonu. Włókna przez to lepiej zabezpieczają przed korozją zbrojenia.

· odporność na uderzenia - Ma miejsce wzrost odporności na uderzenia. Odporność jest mierzona średnicą śladu odciśniętej kulki albo ilością energii potrzebną do zniszczenia próbki .

· Odporność ogniowa - Obecność włókien zmniejsza ryzyko uszkodzenia elementów w czasie pożaru.

Punkt topnienia włókna wynosi 150oC. Pod wpływem topnienia włókien powstają kapilary, które zapewniają miejsce dla pary wodnej pod ciśnieniem (normalnie rozrywającej beton). Na Rys. pokazano zależność pomiędzy temperaturą betonu na powierzchni badanej próbki, a temperaturą wewnątrz betonu podczas działania wysokiej temperatury. W odległości 3 cm pod powierzchnią betonu z włóknami, temperatura jest około 2-5 razy niższa niż na powierzchni próbki.

Wzmacnianie górnej warstwy posadzki

Formowanie próżniowo-wibracyjne - Metoda ta polega na odwadnianiu mieszanki betonowej metodą próżniową. W wyniku działania podciśnienia nadmiar wody jest odsysany i tym samym ulega obniżeniu współczynnik w/c. Dzięki temu następuje poprawa własności betonu, a zwłaszcza górnej jego powierzchni. Zalety - zwiększenie wytrzymałości betonu na ściskanie o 35-50%, zwłaszcza w górnej najbardziej obciążonej warstwie, beton odwodniony osiąga po 7 dniach wytrzymałość analogiczną do 28-dniowej, zmniejszenie zużycia cementu, możliwość stosowania betonu o wyższym współczynniku w/c co ułatwia jego układanie.

Proces odwadniania polega na położeniu mas ssących na wcześniej ułożoną posadzkę, nadmiar wody usuwamy także za pomocą pomp próżniowych. Doprowadza to do obniżenia o 15-20% zawartości wody. Po zakończeniu prac płytę należy zabezpieczyć przed przesychaniem w okresie dojrzewania.

Impregnacja - Impregnację przeprowadza się jako zabieg interwencyjny w celu poprawy własności istniejącej posadzki albo w celu nadania nowej posadzce specjalnych własności takich jak zwiększona wodoszczelność i odporność na korozję. Beton można impregnować substancjami nieorganicznymi, które wchodzą w reakcję ze składnikami spoiwa cementowego (impregnacja chemiczna). Jako impregnaty stosuje się roztwory wodne związków, które wiążą wolne wapno (fluaty, kwas szczawiowy, kwas winowy), a więc substancję najbardziej wrażliwą na agresję chemiczną. Przy impregnacji wykorzystuje się efekt kapilarny (impregnacja kapilarna IK) lub efekt termokapilarny (impregnacja termiczna IT). W metodzie IK stosuje się roztwory oligomerów żywic chemoutwardzalnych, a w metodzie IT stopy bitumiczno-woskowe lub stopione żywice kumaronowo-indenowe. Utrwalanie impregnatu w porach betonu polega na odparowaniu rozpuszczalnika i

umieszczeniu żywicy chemoutwardzalnej (metoda IK) lub na krzepnięciu stopu wprowadzonego na gorąco (metoda IT). Zasięg metody IK wynosi około 1.5-5.0 mm (wypełnienie porów jest niepełne), a metody IT około 4-11 mm (wypełnienie porów jest pełne). Impregnacja powoduje znaczne uszczelnienie struktury (zwiększa się wytrzymałość i udarność, zmniejsza się ścieralność).

- Impregnacja kapilarna- Metoda polega na nasyceniu przypowierzchniowej warstwy betonu.

Przygotowanie impregnatu składa się z 3 etapów: przygotowanie rozpuszczalnika, przygotowanie roztworu żywicy epoksydowej i dodanie utwardzacza do roztworu żywicy. Na oczyszczoną i suchą powierzchnię betonu nanosi się zestaw impregnacyjny obficie mocząc podłoże. Zabieg powtarza się 2-3 razy. Warstwę następną można nakładać po wchłonięciu przez beton warstwy poprzedniej. Głębokość nasycenia zależy także od wilgotności i struktury betonu. Posadzki w pomieszczeniach zamkniętych ogrzewa się aby uzyskać wilgotność mniejszą niż 4%.

W innych obiektach wskazane jest zastosowanie metody sorpcyjnej i dewateryzacyjnej. Metoda sorpcyjna polega na wprowadzeniu silnie hydrofilnego rozpuszczalnika do składu impregnatu, który sorbuje wilgoć z podłoża i rozpuszcza ją. Natomiast metoda dewateryzacyjna polega na usuwaniu błonki wodnej za pomocą odwadniaczy].

-Impregnacja termiczna - Metoda polega na wprowadzeniu kompozycji impregnacyjnej w pory betonu przy użyciu strumienia ciepła. Proces technologiczny obejmuje 4 etapy:

- suszenie (nagrzewanie powierzchni betonu do temperatury 140-150o C przez około 5-15 minut),

-powlekanie nagrzanej powierzchni betonu impregnatem,

- nasycanie (przez ponowne jednostronne nagrzewanie),

-krzepnięcie (samoczynne stygnięcie).

Jeżeli impregnat jest silnie wsysany w warstwy betonu, to etap II i III powtarza się 2-3 razy. W tej metodzie zawilgocenie podłoża nie ma żadnego wpływu z uwagi na stosowanie wstępnego nagrzewu. Impregnacja przypowierzchniowej warstwy betonu powoduje jego uszczelnienie, konsolidację i uzyskanie materiału o mniejszej ścieralności oraz zwiększonej wytrzymałości. Efekt działania uszczelniającego jest większy w przypadku metody IT, gdyż impregnaty nie zawierają lotnych rozpuszczalników. Większy efekt wzmacniający występuje natomiast w metodzie IK. W związku z tym do ochrony posadzek przed działaniem cieczy agresywnych preferuje się impregnację termiczną, natomiast w przypadku posadzek słabych i pylących impregnację kapilarną.

-Utwardzanie powierzchniowe- Utwardzenie powierzchni betonu ma na celu zwiększenie jego odporności na ścieranie i udarność oraz zabezpieczenie przed penetracją wody, olejów, paliw i

innych związków agresywnych w stosunku do betonu. Beton przeznaczony do powierzchniowego utwardzenia powinien być klasy C25/30 lub wyższej, mieć ilość cementu nie mniejszą niż 300 kg/m3 i posiadać współczynnik w/c nie większy niż 0.5. Utwardzanie w praktyce najczęściej przeprowadza się stosując utwardzacze w postaci proszków – tzw. technika DST „dry shake topping”. Metoda polega na: wyrównaniu powierzchni zagęszczonego betonu, usunięciu zaczynu cementowego z pow betonu, rozsypanie trudnościeralnego utwardzacza, wyrównanie tego utwardzacza, pielęgnacja betonu

Obciążenia termiczne i skurczowe

Obciążenia termiczne – powstają na skutek różnicy temperatur pomiędzy górną a dolną powierzchnią płyty gdyż są tam więzy w styku z gruntem lub inną płytą. Przez to powstają naprężenia. Wynikają one z dobowych znam temperatury (mogą być jednorodne lub niejednorodne). Jednorodne: kiedy element poddany zostaje jednakowemu polu temperaturowemu. Powolny i równomierny wzrost lub spadek temp powoduje jednorodne pole temperatury i odkształceń na wysokości przekroju (powoduje to odkształcenia). Wydłużenie termiczne jednorodne powoduje przemieszczenie podłużne ΔL=εt*L=αt*ΔT*L, αt-wsp rozszerzalności cieplnej betonu, ΔT-zmiana temp, L-długość boku pola posadzki. Gdy posadzka położona jest na warstwach folii polietylenowej to może się przemieścić i nie powstają żadne naprężenia termiczne. Gdy zmiana temperatury ma miejsce na wysokości płyty (dolna warstwa w warunkach mało zmiennych a górna zależy od środowiska nadposadzkowego) różnica temperatur wywołuje naprężenia termiczne i cała posadzka ma tendencję do odkształceń.

Obciążenia skurczowe – skurcz jest to zmniejszenie się objętości zaprawy lub betonu w wyniku fizyczno-chemicznego ubytku wody. Rozróżniamy: Skórcz fizyczny powodowany wyparowaniem nadmiaru wody, częściowo odwracalny; skurcz chemiczny (kontrakcja) powstaje w wyniku związania przez składniki cementu pewnej ilości wody, skurcz nieodwracalny. Skurcz powoduje powstanie naprężeń skurczowych gdy osiągają one wytrzymałość betonu na rozciąganie powstają rysy. Zależy od: wilgotności środowiska, wymiarów elementu, składy i klasy btonu. Im większa ilość cementu i większy wskaźnik w/c powstaje skurcz. Skutki skurczu ogranicza się stosując zbrojenie. Podział rodzajów skurczu ze względu na czas: plastyczny (do 10h), krótkoterminowy (12-14h); efektywny (suma skurczu chemicznego i fizycznego), końcowy (2-3lata). Według polskiej normy odkształcenia skurczowe określa się jako sumę odkształceń od wysychania wody i spowodowane skurczem autogenicznym.

Ze względu na rodzaj odkształceń rozróżnia się: skurcz jednorodny (równomiernie na całej grubości elementu, swobodne odkształcenia, przeszadzają siły tarcia na dolej pow płyty w wyniku czego powstają naprężenia rozciągające σs=(pμL)/(2Bh)); skurcz niejednorodny (przy zróżnicowanej wilgotności betonu na grubości płyty przy wyznaczaniu należy uwzględnić naprężenia termiczne i ciężar własny. Skurcz ten powoduje wybaczanie: fs=Δεs/d*L^2/8-qL^4/128EI)

Aby nie powstały rysy na pow betonu: σf+ σs+ σt < fct

DYLATACJE I SZCZELINY

Dylatacje – szwy robocze i szczeliny skurczowe oraz szczeliny dylatacyjne wokół ścian i słupów występują w każdej naw. przemysłowej. Stosuje się w celu zapobiegania powstawania pęknięć i zarysowań wskutek oddziaływań skurczowo-termicznych i technologicznych.

Odstęp między szczelinami zależy od: wahań temp, skurczu bet. wilgotności bet. własności mech .bet. stopnia modyfikacji bet. rodzaju podłoża

L=(fctg*h)/1,4*(h*γb*f+c), gdzie: fctg –wytrzym.bet.na rozciąganie przy zginaniu, h –gr.płyty, γb –ciężar obj.bet., f –wsp.tarcia płyty po podłożu grunt., c –kohezja podkładu gruntowego

Szczeliny powinny się przecinać pod kątem prostym a obszar pomiędzy nimi powinien być zbliżony do kwadratu. Wypełnienie szczelin: - prefabrykowane, -sprężyste, -półsztywne, -taśmy dylatacyjne. Rodzaje szczelin:

1. Szczeliny dylatacyjne: stosuje się wzdłuż lub wokół elementów konstrukcuyjnych o silnie zróżnicowanych obc.wykonuje się jako pionowe rozwarcia podkładu o szer. 15-20mm przez całą jego szerokość(grubość). Dla nacisków kół P>35kN szczeliny powinny być dyblowane Trzpienie dybli należy wykonac ze stali gladkiej AO A1 o fi25 Powinny być pokryte powloka tworzywa sztucznego, a na jednym koncu osadzone w osadce tulejowej z PCV lub owiniete folia aby zapewnic im przesuw poziomy. (rys. 1)

2. Szczeliny stykowe: Zalezy od technologi wykonywania plyty betonwoej. Przy betonowaniu pow. o grubosci plyty powyzej 18-20c, z zastosowaniem ukladania poziomego stosuje się wpusty. Jeżeli szerokosci pasow sa wieksze niż 8m i obc >35kN stosuje się kotwy (dyble bez nasadek tulejowych) W metodzie wielkich płaszczyzn na szwach roboczych dzielacych od siebie pola wykonywane jednego dnia stosuje się wylacznie dyble. W metodzie szer i dl pasow, pasy maja szerokosc ok. 6m i stosuje się wtedy dyble ze stali gładkiej o dl 400-500mm co 300mm umieszczone w 1/3 przekroju, jako dyble sluza te same prety co przy kotwieniu plyt ale sa utwierdzone paskiem (rys 2)

3. c) Pozorne: nacinane są piłą diamentową na głębokość 1/3-1/4 grubości podkładu. Nacięcia (o szerokości 3-4mm) wykonuje się po 8=48h po wykonaniu podkładu, możliwie wcześniej ale w chwili kiedy beton na tyle zwiąże, że piła nie wyrywa już ziaren kruszywa. Celem zabezpieczenia krawędzi szczeliny przed wykruszaniem po kilku miesiącach od jej wykonanai (wcześniej wkładka zabezpieczająca). Odległość między szczelinami w płytach wykonywanych matodą pasmową: ok. 6cm (P>35kN- dyblowanie). Przy met. Betonowania powierzchniowego podział na pola L/B e(1:15) (P>35 dyblowanie). (rys 3)