1 KLASYFIKACJA BETONU:a) Ze względu na gęstość objętościową (na masę 1 [m3] stwardniałego betonu):- ciężki: > 2600 [kg/m3], kruszywo ciężkie, służy do osłon biologicznych, im większa gęstość tym lepiej chroni- zwykły: 2000 ÷ 2600 [kg/m3], są to betony cementowe lub kruszywowe, 15/50 MPa, cementy zwykłe i kruszywa zwykłe i łamane- lekki: < 2000 [kg/m3], 0,5/3,5 MPa, 0,29W/mK, gazobeton i YTONG b)Ze względu na przeznaczenie:- konstrukcyjny wytrzymałość>20 [MPa]- konstrukcyjno-izolacyjny 4 ÷ 10 [MPa]- izolacyjny < 4 [MPa]- architektoniczny.c) Ze względu na technologiczne warunki pracy:- hydrotechniczny (masywne konstrukcje np. tamy, jazy, przepusty wodne);- żaroodporny (tam gdzie występują wyższe temperatury przez dłuższy czas niż ognioodporny do 800 st. C);- wodoszczelny (baseny);- mrozoodporny;- o podwyższonej odporności na ścieranie;- o podwyższonej odporności na agresję chemiczną;- drogowy;- ochrony biologicznej.- mostowyd) Ze względu na miejsce wykonania mieszanki:- na placu budowy;- towarowy.e) Ze względu na rodzaj spoiwa:- cementowy, cementowo-polimerowy, polimerowy;- bezcementowy (spoiwo mineralne bez klinkieru portlandzkiego);- gipsowy, cementowo-wapienny.f) Ze względu na sposób zagęszczenia:- ubijany;- wibrowany;- próżniowany;- natryskiwany;- prasowany;- wibro-prasowany;- próżnio-prasowany;- samo-rozlewny (samo zagęszczający się).g) Ze względu na wytrzymałość:- klasa: C 7,5 do C 60 (zwykły);- klasa: C 60 i wyżej CWW (wysokowartościowy);- klasa: LC 2,5 do LC 40 (lekki).Charakterystyka wybranych rodzajów betonówBetony ciężkie > od 2600 [kg/m3] kruszywo ciężkie służy do ochrony biologicznej im wyższa gęstość tym lepsza ochrona.Betony zwykłe 2000 - 2600 [kg/m3] są to betony cementowe lub kruszywowe, 15 - 50 MPa, cementy zwykłe i kruszywa zwykłe i łamaneBetony lekkie < 2000 [kg/m3] - 0,5 do 3,5 MPa, 0,29 W/mK:- kruszywowe gęstość od 1000 do 2000 (kruszywa porowate i sztuczne)- bezkruszywowe < 1000 [kg/m3] (gazobeton) 2 METODY PROJEKTOWANIA BETONU1. Metody obliczeniowe (analityczne); metoda trzech równań:Równanie BOLOMEY'a: c/w = Ř/A1,2 + aDla c/w <2,5 c/w= Ř/A1+ 0,5Dla c/w >2,5 c/w= Ř/A2- 0,5Ř - wytrzymałość średnia betonu na ściskanieA1,2 - współczynniki zależne od klasy cementu i od rodzaju kruszywaC - ilość cementu w [kg] w [m3]W - ilość wody w [kg] w [m3]Równanie szczelności - ilość składników mieszanki powinna dać 1 [m3].VC + VK + VW = 1 [m3]Równanie wodożądności W = WK*K + WC*CWodożądność - ilość wody potrzebna w mieszance betonowej do uzyskania odpowiedniej konsystencji.W - ilość wody w [kg] w [m3]WK - wskaźnik wodożądności dla kruszywaK - masa kruszywa w 1 [m3]WC - wskaźnik wodożądności dla cementuC - masa cementu w 1 [m3]2. Metody analityczno-doświadczalne:Wyliczamy ilość składników w [m3]. Badamy cechy betonu. Korygujemy recepturę:- metoda pojedynczej otuliny;- metoda punktu piaskowego;- metoda podwójnej otuliny.3. Metody doświadczalne - wykonywane są w laboratorium na próbnych zarobach. Ustalamy proporcje między kruszywem. Dobieramy wodę i cement do stosu okruchowego.- metoda Gruna- metoda Longinus”a- metoda Iteracji - kolejnych przybliżeń:- założenia: - układ ziaren kruszywa na sucho jest podobny do układu ziaren w mieszance betonowej; z dwóch betonów o jednakowej wytrzymałości ekonomiczniejszy jest ten, który zawiera większą ilość kruszywa (czyli jego stos okruchowy jest bardziej szczelny).METODA POJEDYŃCZEJ OTULINYMetoda ta polega na zaprojektowaniu takiej mieszanki aby każde ziarno kruszywa grubego było otulone powłoką zaprawy o grubości 0,5rg.Grubość otuliny zależy od urabialności, konsystencji od stopnia skomplikowania kształtu elementu, od gęstości zbrojenia w elemencie. rg=0,5 (dla dobrych warunków); 0,75 (średnie warunki zagęszczania i konsystencja plastyczna); 1 do 1,5 (złe warunki zagęszczania, konsystencja ciekła)Ziarno mediana - wymiar boku oczka umownego sita przez które przechodzi 50% piasku.1) wykonanie analizy sitowej kruszywa, wyznaczenie gęstości nasypowych i pozornych2) Ustalenie grubości otuliny (ziarna mediana)3) Obliczenie sumarycznych wskaźników wodożądności dla piasku i żwiruwp = (1/100)Σ(Pi*wi)wż = (1/100)Σ(Żi*wi)4) Obliczenie wskażnika spęcznienia żwiru mż = (1/100)Σ(Żi*mŻi)5) Obliczenie nowej gęstości nasypowej ρ'nż = ρnż/mż6) Obliczenie objętości zaprawy j = 1- ρ'nż/ρż7) Obliczenie kolejnych składników z układu równań Ř=A1,2(c/w ± 0,5); 1000 = Vż+Vp+Vc+Vw; W= Żwż+Pwp+Cwc8) Sprawdzenie ilości cementu która nie wykracza spoza normy, objętość zaprawy i obliczenie ilości ziaren przechodzących przez sito 0,25mm9) Sprawdzenie punktu piaskowego Z'=Z+3%Z; P'=P+3%P; C'=C; W'=W-3%Z-3%P; Z”=Z'*0,5*0,85 - dla reszty tak samo
.3 CZYNNIKI DECYDUJĄCE O JAKOŚCI BETONU:a) Projektowanie składu- określenie właściwości cementu, kruszywa, dodatków i domieszek;- wybór składników;- dobór ilości i jakości składników.b) Mieszanie i transport:- kolejność dozowania i czas mieszania;- rodzaj betoniarki (grawitacyjne, wymuszone);- środki i warunki transportu;- układ mieszanki (np.: pompy).c) Formowanie elementu:-podawanie mieszanki (pompa)-układanie (warstwy, wysokość)-zagęszczenie (wybór metody)d) Pielęgnacja:- okres letni (ochrona przed odparowaniem wody)okres zimowy (ochr. Przed zamarzaniem wody)4 Warunki wiązania i dojrzewania betonuNajważniejsze jest kilka do kilkunastu pierwszych dni. W pierwszych dniach następuje intensywne odprowadzanie wody, co prowadzi do skurczu. Aby tego uniknąć należy prowadzić proces pielęgnacji. Beton do 30 (MPa) po zagęszczeniu - pielęgnacja po 2 dobach. Wyższe > 30[MPa] bezpośrednio po ułożeniu. Pielęgnacja polega na polewaniu wodą za pomocą zraszaczaObecne technologie nie wymagają polewania. Powierzchnie pokrywa się membraną (żywicą), która nie przepuszcza wody i nie pozwala jej odprowadzić.W przypadku betonów szczelnych i wyższych klas - pielęgnacja do 14 dni. W przypadku betonów niższych klas - pielęgnacja do 7 dni.W okresie zimowym podnosimy temp kruszywa, wody zarobowej. Stosujemy domieszki obniżające temp krzepnięcia wody. 5 Konsystencja podatność mieszanki betonowej do przemieszczania się pod wpływem siły bez utraty jej jednorodności (ciekłości)Rodzaje konsystencji:V-0 konsystencja wilgotnaV-1 konsystencja gęstoplastycznaV-2 konsystencja plastycznaV-3 konsystencja pólciekłaV-4 konsystencja ciekła Konsystencja wpływa na:Stopień ciekłości miesz. bet, bezpośrednio zależy od ilości wody.1, wiązanie → reakcja chemiczna → wskaźnik (woda, cement)2, ułatwianie mieszania i układania w szalunkuBez względu na konsystencję mieszanki betonowej w celu uzyskania założonej klasy betonu (RC), należy zachować odpowiednie proporcje cementu do wody, czyli tzw. wskaźnika wodno-cementowego lub cementowo-wodnego.6 Metody pomiaru konsystencji:1, metoda stożka opadowego[cm]Forma w kształcie stożka o wysokości 30 [cm]. Miarą konsystencji jest opad stożka.Metodę tą stosujemy dla mieszanek:- plastycznych;- ciekłych;- półciekłych.25 razy zagęszczamy i zdejmujemy formę. Potem obserwujemy co dzieje się ze stożkiem(bez przykładania siły zewnętrznych). Jeśli się nie zmienia to mamy wilgotną konsystencję. Jeśli jednak coś będzie się dziać wówczas mierzymy odl. między pocz. Stożka, a wys. Do jakiej opadł po wyciągnięciu formy.2, metoda Ve - Be[s]Miarą konsystencji jest czas od włączenia wibratora do momentu wyrównania powierzchni mieszanki.Metodę tą stosujemy dla mieszanek:- plastycznej;- gęstoplastycznej;- wilgotnej.Zagęszczamy każdą warstwę po 25 razy, zdejmujemy formę, jeśli nie opadnie umieszczamy na stole wibracyjnym przykrywamy przezroczystą płytą. Obserwujemy czas ułożenia miesz. bet. do równego poziomu, pod wpływem drgań miesz. bet. rozpływa się. Im dłuższy czas-bardziej gęsta mieszanka.3, metoda rozpływuMiarą konsystencji jest średnica rozpływu.Metodę tą stosujemy dla mieszanek:- o dużej ciekłości4, Podatność na zagęszczanie (stopień zagęszczenia)Miarą jest stopień zagęszczenia: stosunek h1 : h2
7 CZYNNIKI SKŁADAJACE SIĘ NA WYTRZYMAŁOŚĆ BETONU NA SCISKANE1. Wytrzymałość stwardniałego zaczynu w betoniea) Miałkość i skład chemiczny (współczynnik w/c; stopień zagęszczania; stopień hydratacji)b) Porowatość stwardniałego zaczynu (wzrost o 1% powoduje spadek wytrzymałości o 5MPa)2. Wytrzymałość skały z której pochodzi kruszywo3. Przyczepność zaczynu do kruszywaa) mechaniczna (chropowatość powierzchni ziaren i skurcz zaczynu)b) chemiczna (utworzenie związków chemicznych na powierzchni ziaren)c) apilarna (zależy od struktury ziaren i kruszywa)w/c - stosunek ilości wody do cementu (standard 0,5) im niższy tym konsystencja bardziej gęsta tym łatwiej uzyskać większe wytrzymałości.Pyły zwiększają wodożądność (w/c), otulają kruszywo grube eliminując przyczepność chemiczną i kapilarną)
Beton powinien zawierać 40% ziarna grubego o różnych wielkościach. A drobnych 0,125mm w granicach od 4 do 6%43 8Wymagania stawiane składnikom miesznki (kruszywo, cement)założenia: -układ ziaren kruszywa na sucho jest podobny do układu ziaren w mieszance betonowej;-z dwóch betonów o jednakowej wytrzymałości ekonomiczniejszy jest ten, który zawiera większą ilość kruszywa (czyli jego stos okruchowy jest bardziejszczelny).Szczelność stosu okruchowego: Wskaźnik uziarnienia - suma procentowych pozostałości na sitach normowych wyrażona w postaci ułamków w stosunku do całości przesiewanego kruszywa: fik- procentowa zawartość poszczególnych frakcji dziesięciu sit normowycPUNKT 6-
Szczelność stosu okruchowego powinna być: Wskaźnik uziamienia powinien być: 5 U 7,5-proporcja, stosunek, między ilością piasku (kruszywo: 32% Pp 48% drobnego) do całego kruszywa.9 Próbki do badań wytrzymałościowych betonów15) Liczebność próbek do badań wytrzymałościowych (bez punktu 1)Wytrzymałość na ściskanie1. na kostkach 15 x 15 x 15 [cm]0,9* R10 = R15 = R20*1,052. badanie na co najmniej trzech próbkach, ilość zależy od ilości wbetonowanej mieszanki3. min 1 sztuka na 50 [m3]4. sztuka na zmianę (produkcyjna)10Klasa wytrzymałościowa betonuKlasa betonu jest to symbol literowo - liczbowy klasyfikujący beton pod względem jego wytrzymałości na ściskanie.Badanie na próbkach walcowych C - 20/25C - klasa wytrzymałości betonu20 - wytrzymałość na ściskanie próbki walcowej o wysokości 30cm i średnicy 1525 - wytrzymałość na ściskanie próbki sześciennej o boku 15cmZasada oceny klasy wytrzymałościowej betonu-Określenie prawidłowości charakteru zniszczenia próbki-Wynik zaokrąglamy do 0,5 MPa-Wymagania w stosunku do maszyn wytrzymałościowych-Produkcja początkowa (35 wyników) i produkcja ciągła (do 12 miesięcy)Zasada przechowywania próbek do badań-Próbki w formach 16h do 3 dni w temp 20+- 5 stopni C.-Pielęgnacja ( w komorze lub w wodzie)-Wyrównywanie powierzchni próbek 11 Właściwości betonuFIZYCZNE
- gęstość, gęstość pozorna;- porowatość 3 - 12% (mikropory, pory 0,01 - 2 [mm] - przez odparowanie wody; makropory - od kilku do kilkunastu metrów - zniedostatków technologii produkcji);- nasiąkliwość < 8%;- wodoszczelność (co 24 [h] zwiększamy o 0,2 MPa ciśnienie wody);- mrozoodporność - można zwiększyć przez zmianę struktury porów -domieszki napowietrzające;- skurcz - koniec po ok. 3 latach, do 95% skurcz przez 4 tygodnie, wielkość skurczu 0,2 promila. MECHANICZNE- wytrzymałość na ściskanie;- wytrzymałość na rozciąganie;- wytrzymałość na zginanie;- wytrzymałość na ścinanie;- odporność na ścieranie - decyduje stos okruchowy;- przyczepność stali do betonu - zależy od zaczynu. Wytrzymałość krytyczna 0-5 [MPa].Ochrona przed zamarznięciem mieszanki betonowej:- ocieplić matami (cieplaki);- zastosować ciepłą wodę; obniżyć temperaturę zamarzania wody (przez zastosowanie domieszek - sole)