Materiały pomocnicze do nauki przedmiotu „Materiały budowlane” na kierunku „Budownictwo” na Wydziale Inżynierii WAT. Na prawach rękopisu. Prawa autorskie zastrzeżone. Wyrażam zgodę na kserowanie wyłącznie na potrzeby studentów Wydziału Inżynierii WAT. mgr inż. Tadeusz Błażejewicz

WŁAŚCIWOŚCI BETONU WEDŁUG PN-88/B-06250.

1. Podział na klasy.

Jakość betonu charakteryzowana byłą klasą betonu „B”. Klasa betonu jest to symbol literowo-liczbowy (np.: B 20), klasyfikujący beton pod względem wytrzymałości na ściskanie; liczba po literze „B” oznacza wytrzymałość gwarantowaną betonu R
w MPa. Oprócz wytrzymałości na ściskanie każda klasa betonu ma przypisaną wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości, odkształcenia skurczowe, współczynnik Poissona i współczynnik pełzania (parametry te są podane w normie PN-B-03264 : 1999 „Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone”). Badanie powyższych właściwości dla każdej partii betonu byłoby kłopotliwe i długotrwałe, dlatego w normie przyjęto następującą filozofię postępowania.: Jeżeli w czasie projektowania mieszanki betonowej skład mieszanki dobierano według zasad określonych w PN-88/B-06250, a w badaniach stwierdzono, że beton osiągnął wytrzymałość na ściskanie wymaganą dla danej klasy, to również pozostałe właściwości betonu będą na poziomie według wymagań normy i nie ma potrzeby ich badania. Norma PN-88/B-06250 określa zasady doboru rodzaju i ilości cementu, graniczne wartości stosunku c/w gwarantujące trwałość i wytrzymałość betonu, graniczne wartości zawartości cementu gwarantujące trwałość betonu i brak nadmiernego skurczu, podaje wymagania dla uziarnienia kruszywa, jamistości i konsystencji mieszanki oraz ilości zaprawy i objętości frakcji najdrobniejszych warunkujących dobrą urabialność.

Norma wyróżnia następujące klasy betonu zwykłego.

R	7,5	10	12,5	15	17,5	20	25	30	35	40	50
R	11	14	17	20	24	27	33	40	45	50	60
R	1,1	1,28		1,61		1,94	2,2	2,47	2,64	2,81	3,11
E	14700	18000	20800	23100	25300	27000	30000	32400	34400	36000	38600

W normie PN-B-03264 na konstrukcje żelbetowe występują klasy B 15 do B 70. Im wyższa klasa betonu, tym beton jest bardziej kruchy (maleje stosunek
), co nakazuje większą staranność przy rozkładaniu nacisków miejscowych na płaszczyznach podparcia elementów prefabrykowanych wykonanych z betonu wysokiej klasy. Końcowe odkształcenie skurczowe betonu
dla przeciętnych wymiarowo elementów dojrzewających w warunkach suchych (wewnątrz pomieszczeń) jest rzędu 0,60^o/_oo , a na zewnątrz 0,33^o/_oo . Ze względu na skurcz elementy wielkogabarytowe betonowe powinny być dylatowane (posadzki w rozstawie 6 x 6 m) lub wykonywane z betonów specjalnych o obniżonym lub skompensowanym skurczu (lub zbrojone przeciwskurczowo). Współczynnik rozszerzalności termicznej betonu jest rzędu 1.10^-5/K. Współczynnik odkształcenia poprzecznego przy ściskaniu (współczynnik Poissona) jest rzędu 0,2. Przed rokiem 1988 beton był charakteryzowany marką R_w, to jest wytrzymałością średnią w kG/cm². oznaczaną na próbkach walcowych ∅16 cm, h 16 cm. Aby przeliczyć markę na odpowiadającą jej klasę betonu należy markę podzielić przez 10, a wynik dzielenia zmniejszyć o 1 klasę, np.: beton marki R_w 200 odpowiada klasie B-17,5; beton marki R_w 170 odpowiada klasie B-15.

2. Kwalifikowanie betonu do klasy.

Wytrzymałość betonu bada się na próbkach sześciennych 15 cm, po 28 dobach dojrzewania w temperaturze 18 ± 2^oC i wilgotności powyżej 90%. Wytrzymałość zbadana w takich warunkach nosi nazwę wytrzymałości umownej R
(występuje ona we wzorze Bolomeya, łączącym wytrzymałość ze stosunkiem c/w). Próbki do badania należy pobierać przy stanowisku betonowania, równomiernie w całym okresie betonowania (co najmniej 1 próbka na zmianę roboczą lub 3 próbki na partię betonu). Jeżeli próbki mają służyć do kontroli wytrzymałości betonu w konstrukcji, to należy je przechowywać w takich warunkach termiczno-wilgotnościowych, w jakich dojrzewa konstrukcja (np.: podczas betonowania w okresie zimowym; przy konstrukcjach sprężonych), Norma dopuszcza badanie wytrzymałości także na próbkach sześciennych 10 cm i 20 cm, lecz te wyniki należy przeliczyć na wytrzymałość próbki o krawędzi 15 cm według wzorów:

R₁₅ = 1,05 ⋅ R₂₀

R₁₅ = 0,9 ⋅ R₁₀

(im większa badana próbka, tym większe jest prawdopodobieństwo występowania wad strukturalnych, od których zaczyna się zniszczenie i dlatego uzyskuje się zaniżone wytrzymałości). Uziarnienie kruszywa w próbkach o krawędzi 15 cm nie powinno przekraczać 32 mm, w próbkach 10 cm - 16 mm, a w próbkach 20 cm - 63 mm. Potrzeba dokonywania przeliczeń wyników badań wytrzymałości dotyczy też próbek o innych kształtach i wymiarach, np.: odwiertów rdzeniowych. Wytrzymałość wywierconych próbek walcowych (rdzeni) można przeliczyć na wytrzymałość próbki sześciennej 15 cm tylko wtedy, gdy wysokość rdzenia jest równa jego średnicy (należy odpowiednio dobrać średnicę wiertła koronowego do grubości elementu betonowego; odwiert należy zawsze pobierać na pełną grubość elementu, bez odłupywania rdzenia a wiercenie wykonać bezudarowo). Wytrzymałość odwiertów o średnicach od 7 do 14 cm można przeliczyć na wytrzymałość próbki 15 cm wg wzoru:

R₁₅ = (0,02 ⋅ ∅ + 0,7) ⋅ R_∅ ,

gdzie: R_∅ - wytrzymałość odwiertu.

Nie powinno się badać odwiertów cieńszych od 50 mm. Stosunek maksymalnego wymiaru kruszywa w betonie do średnicy odwiertu nie powinien być większy niż 1 : 3. Według projektu normy pr EN 13791 „Oszacowanie wytrzymałości na ściskanie betonu w elementach konstrukcyjnych” wytrzymałość odwiertów rdzeniowych o wysokości równej średnicy i o średnicach w przedziale od 100 do 150 mm jest w przybliżeniu równa wytrzymałości określonej na próbkach sześciennych 150 mm. Wytrzymałość na ściskanie odwiertów, których długość jest dwa razy większa od średnicy, przy średnicach w granicach od 100 do 150 mm, odpowiada wytrzymałości charakterystycznej określonej na próbkach normowych ∅150 h 300 mm. Za partię betonu uważa się ilość betonu o takich samych właściwościach, wyprodukowaną z takich samych składników w okresie do 1 miesiąca. Przy kwalifikowaniu partii betonu do danej klasy bierze się pod uwagę ilość zbadanych próbek:

1. Przy liczbie próbek n mniejszej od 15:

R_{i min} ≥ α ⋅ R
,

gdzie: R_{i min} - wytrzymałość najsłabszej próbki,

α - współczynnik zależny od liczby próbek n,

R
- wytrzymałość gwarantowana betonu.

Dla n = 3 ÷ 4 α = 1,15,

dla n = 5 ÷ 8 α = 1,10,

dla n = 9 ÷ 14 α = 1,05.

W przypadku nie spełnienia powyższego warunku betonu może być uznany za odpowiadający danej klasie, jeżeli:

R_{i min} ≥ R

oraz R_śr. ≥ 1,2 R
.

2. Przy liczbie próbek n równej lub większej od 15:

R_śr. - 1,64s ≥ R
, gdzie:

Powyższe wzory wynikają z właściwości krzywej rozkładu normalnego Gaussa-Laplace'a, która dobrze opisuje rozrzut wytrzymałości betonu.

Wytrzymałość gwarantowana R
jest zapewniona z prawdopodobień-stwem 95%, to znaczy że 95% wyników badań powinno być nie mniejszych od R
. Aby otrzymać beton o wytrzymałości gwarantowanej R
należy go projektować na wytrzymałość średnią (umowną) odpowiednio wyższą. Beton produkowany z większym rozrzutem wytrzymałości (z większym odchyleniem standardowym s), dla uzyskania takiej samej wytrzymałości gwarantowanej musi być projektowany na wyższą wytrzymałość średnią (wymaga użycia większej ilości cementu). Miarą poziomu wytwarzania betonu jest współczynnik zmienności wytrzymałości ν.

ν =
.

Poziom wytwarzania	Klasa B 7,5 ÷ 25	Klasa B 30 ÷ 50
BDB	ν do 10	do 7
DB	11 - 13	8 - 10
Średni	14 - 16	11 - 13
DST	17 - 20	14 - 15
NDST	Powyżej 20	Powyżej 15

Przy niedostatecznym poziomie wytwarzania należy przerwać produkcję i ustalić przyczyny tak dużego rozrzutu wytrzymałości.

3. Wytrzymałość betonu na rozciąganie.

Można ją w przybliżeniu wyliczyć ze wzoru:

R_r = α ⋅
,

gdzie: α = 0,5 dla klas powyżej B 30 oraz

α = 0,7 dla klas B ≤ 30.

Wytrzymałość na rozciąganie można zbadać metodą łupania walców lub próbek sześciennych (tzw. metodą brazylijską). Badanie polega na ściskaniu próbki przez wąskie przekładki ułożone wzdłuż tworzącej walca lub w płaszczyźnie symetrii sześcianu. W przekroju osiowym powstają naprężenia rozciągające powodujące rozłupanie próbki, a wytrzymałość na rozciąganie wylicza się z wzoru:

R_r =
,

gdzie: P - siła niszcząca,

d - średnica walca,

l - wysokość walca,

4. Moduł sprężystości betonu.

Wyznacza się go na próbkach walcowych ∅ 15 cm h 30 cm, mierząc odkształcenia próbki w zakresie naprężeń od 0,5 MPa do 1/3 wytrzymałości betonu na ściskanie. Moduł sprężystości betonu zależy od klasy betonu oraz od zawartości w betonie kruszywa grubego i modułu sprężystości skały, z której wykonano kruszywo. Ze wzrostem zawartości kruszywa grubego moduł sprężystości betonu rośnie.

5. Odkształcenia skurczowe betonu.

Skurcz w okresie twardnienia bada się na próbkach 10 x 10 x 50 cm przy pomocy aparatu Amslera. Skurcz betonu zależy od ilości cementu, rodzaju cementu, stosunku w/c, uziarnienia kruszywa oraz warunków termiczno-wilgotnościowych podczas wiązania.

Skurcz można ograniczyć poprzez:

• obniżenie stosunku w/c przez zastosowanie superplastyfikatora;

• zmniejszenie ilości cementu dzięki użyciu cementu wyższej klasy w mniejszej ilości;

• zwiększenie zawartości kruszywa grubego (obniżenie wodożądności);

• pielęgnację mokrą betonu;

• zastosowanie domieszek kompensujących skurcz.

6. Nasiąkliwość betonu.

Nasiąkliwość betonu nie powinna być większa od 5% dla betonów narażonych na czynniki atmosferyczne (dla betonów specjalnych, np.: drogowych wymagania mogą być ostrzejsze) oraz od 9% dla betonów osłoniętych przed wpływem atmosfery. Nasiąkliwość należy badać na próbkach o objętości co najmniej 1 dm³, nasączając je stopniowo (zalewając do 1/2 wysokości, a następnie do 1,1 wysokości) i utrzymując w wodzie aż do ustalenia się masy. Nasiąkliwość jest to maksymalna ilość wody, jaką może wchłonąć beton w warunkach normowych (wilgotność jest to ilość wody aktualnie zawartej w betonie, określona metodą suszenia w temperaturze 105 ÷ 110^oC do stałej masy).

7. Mrozoodporność betonu.

Mrozoodporność bada się na próbkach sześciennych, całkowicie nasy-conych wodą, poddając je cyklicznemu zamrażaniu w temperaturze -18^oC i rozmrażaniu w wodzie o temperaturze +18^oC (czas mrożenia co najmniej 4 godziny). Liczba cykli zamrażania jest równa wymaganemu stopniowi mrozoodporności betonu. Przyjmuje się, że próbka wykazuje wymagany stopień mrozoodporności, gdy:

• próbka nie wykazuje pęknięć;

• łączna masa ubytków nie przekracza 5% masy próbki;

• wytrzymałość próbki nie obniżyła się więcej niż o 20% w stosunku do próbek kontrolnych nie zamrożonych.

Wyróżnia się następujące stopnie mrozoodporności: F 25, F 50, F 75, F 100, F 150, F 200 i F 300. Beton zwykły dobrze zaprojektowany i wykonany może osiągnąć mrozoodporność do F 75, uzyskanie wyższej mrozoodporności wymaga zabiegów specjalnych (np.: zastosowania domieszek). Stopień mrozoodporności przyjmuje się równy liczbie przewidywanych lat użytkowania konstrukcji (gdy beton jest narażony na kapilarne podciąganie wody, stopień F należy zwiększyć o 50, a jeżeli jest narażony na środki odladzające lub znajduje się w strefie zmiennego poziomu wody - należy zwiększyć o 100).

8. Wodoszczelność betonu.

Wodoszczelność bada się na próbkach o wysokości 150 mm (dostęp wody od góry na powierzchnię próbki o średnicy 100 mm). Ciśnienie wody zmienia się skokowo co 24 godziny o wartość 0,2 MPa aż do wystąpienia oznak przeciekania. Stopień wodoszczelności jest równy maksymalnemu ciśnieniu wody (razy 10), przy którym nie wystąpiły objawy przecieku. Wyróżnia się następujące stopnie wodoszczelności W: W 2, W 4, W 6, W 8, W 10 i W 12. Stopnie wodoszczelności konstrukcji przyjmuje się w zależności od wskaźnika ciśnienia. Wskaźnik ten jest równy stosunkowi wysokości słupa wody w metrach (ciśnienia wody w metrach słupa wody) do grubości przegrody w metrach. Na przykład:

Dla zbiornika na wodę o głębokości 5 m i grubości dna 0,3 m wskaźnik ciśnienia wynosi 16,6. Dla wskaźnika ciśnienia od 16 do 20 norma PN-88/B-06250 zaleca stopień wodoszczelności betonu przy stałym parciu wody W 8.

---