Zestaw II:

1. Kryteria doboru kruszyw

2. Technologie specjalne w masywnych

3. Grupy domieszek chemicznych

4. Potencjalne źródła błędów

1) . Kryteria doboru kruszyw dla budownictwa hydrotechnicznego.

Dobór kruszywa: -kruszywo mineralne naturalne (lepsza urabialność gorsza przyczepność) –kruszywo łamane gorsza urabialność lepsza przyczepność: dzielimy je na płukane(rzeczne mniej zanieczyszczeń lepsza przyczepność kruszywa do zaczynu) kopalniane(więcej zanieczyszczeń).

Beton jest uniwersalnym materiałem budowlanym, którego cechy umożliwiają zastosowanie we wszystkich obszarach inżynierii lądowej i wodnej. Beton powstaje przez wymieszanie odpowiednio dobranego kruszywa (mieszanki kruszyw) z zaczynem cementowym, w którym cement stanowi spoiwo, a woda umożliwia dyspersje ziaren cementu. Następnie, w procesie fizyko-chemicznym zwanym hydratacja, następuje przy udziale wody związanie spoiwa cementowego z kruszywem.

Podstawowe cechy kruszywa do betonów hydrotechnicznych:

- dobra przyczepność do zaczynu cementowego

- powinno być kruszywem o takim składzie by nie ulegało korozji wewnętrznej

- jak najmniejszą nasiąkliwość

- mrozoodporność

- szczelność stosu

Dobór ilościowy i jakościowy jest bardzo ważny przy doborze do betonu, zajmuje ok. ¾ objętości betonu (kruszywo grube >2mm)

Kruszywa mogą być stosowane jako naturalne (piasek i żwir) oraz łamane (wymagają rozdrobnienia surowców skalnych – droga metoda)

Przyczepność może być mniejsza (ziarna gładkie – naturalne), większa (ziarna szorstkie – łamane). Urabialność z kruszyw naturalnych jest lepsza częściej stosowana.

Przyczepność mechaniczna lepsza przy kruszywach łamanych

Przyczepność chemiczna nie występuje przy wszystkich kruszywach – mały zakres

Przyczepność fizyczna – chwilowa na etapie wiązania wody zarobowej, która później zostaje zużytkowana podczas hydratacji cementu*.

Kruszywo może być kopane lub rzeczne (mniej zanieczyszczeń), kruszywo z obecnością cząstek mineralnych, gliny organicznych związków są to składniki zanieczyszczenia które ograniczają przyczepność mechaniczną – kopalne.

Przy kruszywach płukanych występuje więcej ziaren nieforemnych – brak równowagi geometrycznej- pogarszają urabialność.

Nie wskazane kruszywa lekkie ze skał porowatych celowo z zastosowaniem keramzytu.

Kruszywo musi być mrozoodporne – duże znaczenie w betonie , udział szkodliwych porów kapilarnych (0,1-0,01mm) jest szkodliwa w kruszywie, ponieważ woda w nich spowoduje po zamrożeniu naprężenia.Skład frakcji w kruszywie:

Dn.<0,25mm , 4-6% szczelność stosu, PP 35-40%. pyły => 1 – 3 %

2) . Technologie specjalne przydatne przy wznoszeniu budowli masywnych.

Są to pewne sposoby wykonania betonu ze względu na dużą termikę – egzotermia większe temperatury, zapobiegające naprężeniom rozciągającym.

Ograniczenie egzotermii:

- wstępne chłodzenie mieszanki betonowej obniżenie temperatury mieszanki o 8-12 C/ 12-18C/10-18C.

- wewnętrzne chłodzenie ułożonego betonu

- obniżenie temperatury w rdzeniu bloku o

Chłodzone może być kruszywo, cement, w pewnym sensie i woda ( wodę zastępuje się lodem) – nie narusza w/c

8- to chłodzenie kruszywa zimną wodą może być zagrożone w/c, bezpośrednio amoniakiem lub zimnym powietrzem

- sprężanie młodego betonu za pomocą cięgna:

- cięgna o działaniu wzdłużnym

- beton ekspansywny

Zagęszczenie mieszanki betonowej- stosuje się po to aby usunąc z mieszanki betonowej pęcherzyki powietrza. – wibratory wgłębne(gł. zanurzenia 5-10cm, optymalny czas wibracji 30-40s)

Pielęgnacja betonu:

• mokra - (nawilżenie,zanurzenie w wodzie,nakrywanie folia), stosowana przy wysokich temp., okres pielęgnacji od 14 – 21 dni

• powłokowa (natrysk preparatu żywicznego – izolacja termiczna)

Beton hydrotechniczny to beton o wysokiej jakości gdzie trwałość jest parametrem nadrzędnym. Rodzaje cementu dla betonu hydrotechnicznego :

- CEM III

- CEM IV

- CEM II

- cementy specjalne o niskim cieple hydratacji

Cem III – redukcja skurczu i ciepła hydratacji

Domieszki napowietrzające

Zasada kompatybilności

Deskowanie filtracyjne

Kontrola jakości

Przerwy robocze – wynikają ze względów statyczno – konstrukcyjnych i uwarunkowań techniczno – organizacyjnych (szybkość wiązania, wymiary geometryczne, rotacja form).

Otwarte do ustąpienia występowania czasowo obciążeń technicznych wywołanych skurczem.

Przerwy dylatacyjne - wykonuje się przez pozostawienie szczelin o szerokości 1- przechodzących przez wszystkie elementy ścian. W ścianach zbiorników na ciecze w osi zdylatowanych elementów umieszcza się elastyczne taśmy dylatacyjne. Przerwy te stosuje się zarówno z uwagi na pracę termiczną konstrukcji oraz z uwagi na skurcz bądź pęcznienie betonu. Według Kobiaka i Stachurskiego gdy wpływy skurczowe zostały mocno zmniejszone przez wykonanie dylatacji roboczych, oraz gdy nie występują wpływy termiczne ( Np. przy zbiornikach obsypanych gruntem ) dylatacje stałe ścian zbiorników prostopadłościennych wykonuje się co około . Jeżeli jednak wpływy termiczne są znaczne, odległość między dylatacjami powinna być zmniejszona do .

Nie przestrzeganie podanych powyżej zaleceń, powoduje, że zdylatowane ściany klawiszują, a przerwy dylatacyjne ulegają nadmiernym przemieszczeniom podłużnym i poprzecznym. Stwarza to miedzy innymi mało elastyczny wygląd i nieszczelności.

Max odległości między pionowymi przerwami roboczymi konstrukcji ścian betonowych
Grubość ściany (cm)
do 30 30 – 60 60 – 100 100 – 150 150 - 200

Technologia wykonania ścian szczelinowych polega na:-wydrążeniu szczeliny wąskoprzestrzęnnej, o kształcie odp gabarytowi projektowanego obiektu,- montaż w szczelinie zbrojenia i urządzeń pomocniczych,- wypełnienia szczeliny betonem. Stateczność drążonego wykopu zapewnia zawiesina tiksotropowa o odp właściwościach, a w jego części żelbetowe murki prowadzące, wyznaczające jednocześnie linie zabudowy ścian szczelinowych i mające charakter kastr. Pomocniczej. W drążeniu głębokich wykopów szczelinowych stosuje się specjalne koparki, wyposażone w osprzęt dostosowany do pracy w wykopie wypełnionym zawiesiną oraz pozwalający na uzyskanie pionowego wykopu. W gotowym wykopie montuje się kolejno: kolumny rur rozdzielczych na krańcach sekcji, które zapewniają ciągłość ściany szczelinowej,- prefabrykaty zbrojeniowe,- kolumnę rur contractorowych z lejem. Następnei wykop wypełnia się mieszanką betonową wodoszczelną W8, od B25 do B40 odpompowując jednocześnie zawiesinę. Po odkopaniu ściany szczelinowej i oczyszczeniu jej pow z resztek zawiesin, można do jej wykończenia zastosować torkret, tynk , okładzinę bądź pozostawić surowy beton. Ściany szczelinowe są konstrukcjami szczelnymi i nie wymagają dodatkowej izolacji. Metoda betonowania podwodnego uzyskuje się beton o bardzo wysokich parametrach wytrzymałościowych., idealnie zagęszczony. Jakiekolwiek pęknięcia i rysy są wykluczone z uwagi na optymalne warunki dojrzewania betonu. Współpraca ścian szczelinowych ze stropami pośrednimi oraz płytą denną uzyskuje się poprzez pozostawienie odpowiednio wykształconych wnęk oraz prętów zbrojeniowych. Ściany szczelinowe stanowiące obudowę wykopu mogą pracować jako wspornikowe, rozparte konstrukcją stalową, kotwione w gruncie lub rozparte stropami podziemia wykonanymi metodą stropową.

Dodatki:

- popioły lotne

- żużle wielkopiecowe

- włókna polipropylenowe

Popiół lotny

- poprawia urabialność mieszanki betonowej

- zwiększa odporność na SO^2-₄

- zwiększenie odporności betonu na temperaturę (z 400 -> 600^oC)

- obniżenie zawartości cementu (przy betonach niższych klas)

- spowolnienie twardnienia

- zmniejszenie skurczu

- wodoodporność: maleje przy zamianie cementu na popiół; zwiększa się przy C=cost

- mrozoodporność: maleje (domieszki napowietrzające)

- niekiedy korozja stali (siarczki w popiele)

SiO₂ ≥ 40%

SO₃ ≤ 3%

Str. prażenia ≤ 7%

Powierzchnia właściwa ≥ 300m²/g (wg.Blaine’a)

Max ilość popiołów lotnych = 40% masy cementu

Żużel wielkopiecowy

Oddziałowywanie technologiczne podobne jak popiół lotny; granulowany, zmielony do miałkości popiołów

Włókna

Dodatki uodparniające na oddziałowywanie mechaniczne (stosowane po to by zmniejszyć skurcz w pierwszych 10h)

- jako mikrozbrojenie / zbrojenie rozproszone

Rola włókien

1. zmiana właściwości struktury kompozytu cementowego – powstrzymanie propagacji rys, redukcja pęknięć skurczowych, przenoszenie części sił wewnętrznych po zarysowaniu

Wpływ na to ma:

- równomierne rozmieszczenie włókien w matrycy

- przyczepność włókna - matryca

1. poprawa wytrzymałości – na rozciąganie przy zginaniu, na ściskanie; udarność; odporność na ścieranie; odporności zmęczeniowe; też: mrozoodporność i wodoszczelność

1. Włókna stalowe:

Parametry:

-długość 25-60mm

- średnica 0.5-2mm

- smukłość >=50

- wytrzymałość na rozciąganie stali, kształt prosty, z zakrzywionymi końcówkami, falisty.

Mają tendencję przy większej ilości do skupiania się w aglomeraty, tworząc tzw. jeże.

1. Włókna polipropylenowe

- produkowane jako fibrylowe (wiązki kilku włókien), cięte z folii lub włókna elementarne z przędzy

Właściwości włókien fibrylowych

- chropowate, dodatkowo rozdzielające się wskutek „mieszania” powierzchni-> z tego wynika dobra przyczepność z zaczynem cementowym; siatkowa postać włókien, 3-wymiarowe rozprowadzanie w matrycy.

-parametry: długość od 12-38mm, od 6 -12mm, średnica 35-40m.

Wpływ włókien stalowych i polipropylenowych na właściwości betonu (tab)

Właściwość:

1. skurcz 2. wytrz. na ściskanie 3. wytrz. na rozciąganie 4 wytrz na zginanie 5. wytrz. na miejscowy dotyk 6. udarność 7. moduł sprężystości 8. mrozoodporność 9. ścieralność 10. wodoszczelność 11. nasiąkliwość

Rodzaje włókien:

1. stalowe:

ad.1) redukcja o około 30-50%,ad.2) wzrost o 10-30%,ad.3) wzrost o 20-40%,ad.4) wzrost o 30-70% ,ad.5) wzrost o 15-30%,ad.6) wzrost do 6 razy,ad.7) praktycznie bez zmian,ad.8) wzrost o 30-60%,ad.9) redukcja do 50%,ad.10) praktycznie bez zmian lub niewielkie polepszenie,ad.11) bez zmian lub niewielki wzrost

1. polipropylenowe:

ad.1) redukcja o ok. 30-50%(zwłaszcza skurcz plastyczny),ad.2) niewielki wzrost,ad.3) niewielki wzrost,ad.4) niewielki wzrost,ad.5) niewielki wzrost,ad.6) wzrost do 3 razy,ad.7) praktycznie bez zmian,ad.8) wzrost o ok. 30%,ad.9) praktycznie bez zmian,ad.10) polepszenie o ok 20%,ad.11) bez zmian lub niewielkie obniżenie

3. Grupy domieszek chemicznych przydatnych do modyfikowania właściwości betonów do budownictwa hydrotechnicznego z uzasadnieniem.

Domieszki chemiczne:

- napowietrzające

- opóźniające

- uszczelniające

- plastyfikatory

- superplastyfikatory:

obniżenie w/c -> wzrost wytrzymałości

poprawa urabialności (betony samozagęszczalne)

zmniejszenie zużycia cementu -> redukcja skurczu, obniżenie ciepła hydratacji

Superplastyfikatory- związki wielocząsteczkowe o rozwiniętej budowie liniowej,

Powstające z syntezy chemicznej, droższe ale mniej zanieczyszczone,

dawka 10 razy większa niż plastyfikatorów (średnio 1,5 – 2%)

Dogodności stosowania superplastyfikatorów:

- dyspersja ziaren cementu w H₂O, większa powierzchnia właściwa ziaren

cementu, lepsze ich zwilżenie, pełna hydratacja, zmniejszona lepkość

mieszanki betonowej, efekt upłynnienia (cechy tiksotropowe)

Niedogodności:

- krótsze oddziaływanie na mieszankę betonową niż w przypadku

plastyfikatorów, po 60 –90 minutach mieszanka powraca do pierwotnej

urabialności.

Sposoby zapobiegania:

- dodawanie z opóźnieniem, dawkowanie porcjami

Wydłużenie czasu działania do >120 minut dzięki superplastyfikatorom nowej

generacji. Zastosowanie superplastyfikatorów łącznie z domieszkami

napowietrzającymi lub regulującymi wiązanie i twardnienie.

Na czym polega wyższość superplastyfikatorów:

retencja urabialności, większe upłynnienie, większa redukcja wody zarobowej, mniejsze opóźnienia wiązania, brak w składzie formaldehydu, kompatybilność z dodatkami mineralnymi

Efektywność działania:

Cechy cementu: Wł. domieszki :

• skład fazowy (C₃A) struktura związku

• zawartość alkaliów ciężar cząsteczkowy polimeru

• ilość wolnego CaO ilość superplastyfikatorów

• powierzchnia właściwa sposób dodawania

Kompatybilność: cement- superplastyfikator

Kryterium podziału – wg ΔH₂O

środki uplastyczniające ( plastyfikatory)

ΔH₂O 5-12% (8-15%)

- środki upłynniające ( superplastyfikatory)

ΔH₂O >12% (>15%)

Dla superplastyfikatorów nowej generacji => ΔH₂O >30%

Domieszki napowietrzające

Związki powierzchniowo czynne o działaniu hydrofobowym, mające zdolność do wytwarzania i stabilizowania dużej liczby pęcherzyków powietrza w mieszance betonowej, pozostających po stwardnieniu np. abitynian sodowy

stosowane od 0,05 – 0,5% masy cementu

objętościowa zawartość powietrza w mieszance =4÷6%

Cechy:

poprawa mrozoodporności (+)

zmniejszenie nasiąkliwości (+)

spadek wytrzymałości (-)

Zastosowanie:

budownictwo hydrotechniczne

betony do nawierzchni drogowych i lotniskowych

betonowanie w warunkach zimowych

Jakość zależy od dokładności i jednorodności napowietrzenia. To z kolei jest zależne od intensywności mieszania ( im szybciej tym więcej pęcherzyków), granulometrycznego kruszywa (im mniej najdrobniejszych ziaren tym mniej pęcherzyków), sposób zagęszczania( im dłuższa wibracja tym więcej pęcherzyków ucieknie z mieszanki), sposób transportu mieszanki (pompowanie zmniejsza napowietrzanie).

Domieszki opóźniające wiązanie. Opóźnienie początku wiązania w technologii betonu. Preparaty przedłużające czas do rozpoczęcia przechodzenia mieszanki betonowej ze stanu plastycznego w sztywny zmniejszające rozpuszczalność składników cementu lub tworzące warstewki ochronne na ziarnach cementu

Zastosowanie:

- betonowanie podczas upałów

- beton towarowy

- pompowanie mieszanki betonowej

- beton architektoniczny

- układanie na dużych powierzchniach i przy dużych objetościach betonu

Domieszki uszczelniające. Preparaty zmniejszające przepuszczalność betonów narażonych na działanie wody pod zwiększonym ciśnieniem i zmniejszające nasiąkliwość.

Np. pyły krzemionkowe, popioły lotne, mączki kamienne, mielone pucolany, bentonit, żywice sylikonowe, emulsje bitumiczne

Działanie przez:

- zmniejszenie liczby i przekroju kanalików

- zablokowanie porów otworowych

- związanie wodorotlenku wapnia w nierozpuszczalne związki blokujące filtracje wody,

- hydrofobizacja wgłębna

Skuteczność domieszki – czynniki determinujące:

czas mieszania (sposób dodawania)

skład mieszanki (chemizm)

ilość domieszki

obecność innych domieszek (szczególnie plastyfikatory i superplastyfikatory)

rodzaj cementu (właściwości cementu, stopień rozdrobnienia cementu)

rodzaj kruszywa (uziarnienie)

temperatura

wskaźnik wodno – cementowy W/C

Przy dobieraniu domieszek do betonu należy kierować się zasadą kompatybilności cement – domieszka.

3. potencjalne źródła błędów przy projektowaniu zbiorników prostopadłościennych

Potencjalne źródła błędów przy projektowaniu zbiorników.

Błędy wynikają z:

• nieuwzględniania w obliczeniach obciążenia temperaturą,

• niewłaściwe uwzględnianie wielkości skurczu betonu,

• niewłaściwe uwzględnianie wpływu dylatacji,

• nieuwzględnienie przestrzennej pracy konstrukcji,

• niewłaściwe przyjmowanie obciążenia gruntem,

• błędne wyznaczanie sił tnących na krawędziach zbiornika,

• pomijania współpracy zb. z podłożem,

• pomijania w obliczeniach wsp. Poisona,

• na wskutek błędów zawartych w tablicach.

Zbiorniki prostopadłościenne należy zaliczyć do konstrukcji specjalnych. Stosowanie dylatacji musi być bardzo wnikliwie przeanalizowane i uzasadnione. Nie można bezkrytycznie do tego typu konstrukcji stosować zawartych w literaturze zaleceń dotyczących maksymalnych odległości miedzy dylatacjami. Błędne także, jest stosowanie normy dotyczącej murów oporowych w celu sprawdzenia warunku stateczności poszczególnych segmentów zdylatowanego zbiornika. Ponieważ o szczelności zbiornika decydują wzajemne przemieszczenia poszczególnych segmentów, zatem taką konstrukcję należy analizować jako całość. Nie bez znaczenia jest także ocena zasadności stosowania dylatacji konstrukcji w zależności od warunków gruntowych jej posadowienia. Na słabych gruntach występuje duże prawdopodobieństwo nierównomiernego osiadania, a zatem duże zagrożenie wzajemnego przesuwania się poszczególnych segmentów zbiornika, co może prowadzić do zniszczenia taśm dylatacyjnych i przecieków.

Należy podkreślić, że najważniejszym problemem w projektowaniu zbiorników prostopadłościennych jest zapewnienie szczelności konstrukcji, aby zapobiec zanieczyszczeniu środowiska. W tym celu najkorzystniejszym rozwiązaniem jest wykonanie konstrukcji bez szczelin dylatacyjnych. Dodatkowe naprężenia w konstrukcji żelbetowej powstałe na skutek skurczu, można skutecznie zminimalizować stosując odpowiednią technologię betonowania elementów konstrukcji. Natomiast pozostałe wpływy obciążenia ściekami, wpływy termiczne, nierównomierne osiadanie można uwzględnić na etapie projektowania nie wprowadzając żadnych dylatacji.