Beton

Beton - sztuczny zlepieniec kamienny, powstały przez związanie kruszyw skalnych za pomocą spoiw lub lepiszcz. Zamiast kruszyw skalnych stosowane są też kruszywa sztuczne nieorganiczne lub organiczne. Kruszywa drobnoziarniste używane do betonów są nazywane często wypełniaczami.

Klasyfikacja betonów ze względu na gęstość objętościową:

• betony ciężkie - ρ_o ≥ 2600 kg/m³,

• beton zwykły - ρ_o = 2600 kg/m³ ÷ 2000 kg/m³ ,

• betony lekkie ρ_o = 800 kg/m³ ÷ 2000 kg/m³

Klasyfikacja ze wg na składniki:

• betony cementowe,

• betony żywiczne,

• betony asfaltowe,

• betony żwirowe,

• betony tłuczniowo-keramzytowe,

• betony łupkoporytowe,

• betony strużkowe, itd.

Klasyfikacja ze względu na sposób transportowania lub nanoszenia:

• beton towarowy,

• beton natryskowy.

Do betonów zalicza się także tworzywa powstałe z zapraw cementowych lub wapiennych spulchnionych za pomocą środków gazotwórczych i pianotwórczych: autoklawizowane betony komórkowe, pianobetony, pianogazosilikaty.

Terminy i określenia wg PN-EN 206-1:2003:

Beton - materiał powstały ze zmieszania cementu, kruszywa grubego i drobnego oraz ewentualnych domieszek i dodatków, który uzyskuje swoje właściwości w wyniku hydratacji cementu

Mieszanka betonowa: całkowicie wymieszane składniki betonu, które są jeszcze w stanie umożliwiającym zagęszczenie wybraną metodą

Beton stwardniały - beton, który jest w stanie stałym i który osiągną pewien poziom wytrzymałości

Beton wytworzony na budowie - beton wyprodukowany na placu budowy przez wykonawcę na jego własny użytek

Beton towarowy - beton dostarczony jako mieszanka betonowa przez osobę lub jednostkę nie będącą wykonawcą

Beton wysokiej wytrzymałości - beton klasy wytrzymałości na ściskanie wyższej niż C50/60 w przypadkach betonu zwykłego lub betonu ciężkiego i beton klasy wytrzymałości na ściskanie wyższej niż C50/55 w przypadku betonu lekkiego

Zarób mieszanki betonowej: jest to mieszanina otrzymana z jednej porcji składników załadowanych do betoniarki lub jedna porcja mieszanki dostarczona do miejsca wykorzystania.

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 dodawania lodu lub naparzania

Efektywna zawartość wody - różnica między całkowitą ilością wody w mieszance betonowej a ilością wody zaabsorbowaną przez kruszywo

Współczynnik woda/cement - stosunek efektywnej zawartości masy wody do zawartości masy cementu w mieszance betonowej

Ważniejsze domieszki chemiczne: uplastyczniające, przyspieszające lub opóźniające wiązanie i twardnienie, uszczelniające, napowietrzające, itd. Dozuje się je w ilości 0.2% do 5% masy cementu.

Konsystencja i urabialność: jest to zespół cech określających właściwości mieszanki betonowej, od których zależy podatność do wypełniania formy lub przestrzeni ograniczonej deskowaniem i zdolność zachowania nadanej postaci po zagęszczeniu i rozformowaniu.

Urabialność decyduje o jednorodności tworzywa - o równomiernym przestrzennym rozmieszczeniu wszystkich składników, a w następstwie o jednorodności technicznych cech betonu.

Konsystencja - charakteryzuje podatność mieszanki do przemieszczania się pod wpływem siły, przy czym jednorodność przemieszczanej mieszanki pozostaje nienaruszona.

Wyróżnia się następujące klasy konsystencji

• według metody opady stożka (EN 12350-2)

Klasa	Opad stożka w [mm]
S1 S2 S3 S4 S5	Od 10 do 40 0d 50 do 90 od 100 do 150 od 160 do 210 ≥ 220

Zalecane granice od 10 mm do 210 mm

• według metody Vebe (EN 12350-3)

Klasa	Czas Vebe w [s]
V0 V1 V2 V3 V4	≥ 31 od 30 do 21 od 20 do 11 od 10 do 6 od 5 do 3

Zalecane granice od 30 s do 5 s

• według metody stopnia zagęszczalności (EN 12350-4)

Klasa	Stopień zagęszczalności
C0 C1 C2 C3	≥ 1,46 od 1,45 do 1,26 od 1,25 do 1,11 od 1,10 do 1,04od 5 do 3

Zalecane granice od 1,04 do 1,46

• według metody rozpływu (EN 12350-5)

Klasa	Średnica rozpływu w [mm]
F1 F2 F3 F4 F5 F6	≤ 340 od 350 do 410 od 420 do 480 od 490 do 550 od 560 do 620 ≥ 630

Zalecane granice od 340 do 620

Wytrzymałość na ściskanie według PN-EN 206-1:2003 - wytrzymałość betonu na ściskanie wyrażana jest wytrzymałością charakterystyczną zdefiniowaną jako wartość, poniżej której może się znaleźć nie więcej niż 5% wyników wszystkich pomiarów wytrzymałości danego betonu.

Wytrzymałość charakterystyczna - powinna być określona na próbkach o kształcie sześcianu o boku a=15cm (f_ck, _cube) albo walca o wymiarach D=15cm i H=30cm (f_{ck, cyl}) po 28 dniach twardnienia w temp. 20^oC.

Klasy wytrzymałości wg PN-EN 206-1:2003

Podstawę klasyfikacji może stanowić wytrzymałość charakterystyczna na ściskanie określana w 28 dniu dojrzewania na próbkach sześciennych lub walcowych o wymiarach jak wyżej.

Tablica - Klasy wytrzymałości na ściskanie betonu zwykłego i betonu ciężkiego

Klasa wytrzymałości na ściskanie	Minimalna wytrzymałość charakterystyczna oznaczana na próbkach walcowych fck, cyl w [N/mm^2]	Minimalna wytrzymałość charakterystyczna oznaczana na próbkach sześciennych fck, cube w [N/mm^2]
C8/10 C12/15 C16/20 C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60 C55/67 C60/75 C70/85 C80/95 C90/105 C100/115	8 12 16 20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 80 90 100	10 15 20 25 30 37 45 50 55 60 67 75 85 95 105 115

Tablica - Klasy wytrzymałości na ściskanie betonu lekkiego

Klasa wytrzymałości na ściskanie	Minimalna wytrzymałość charakterystyczna oznaczana na próbkach walcowych fck, cyl w [N/mm^2]	Minimalna wytrzymałość charakterystyczna oznaczana na próbkach sześciennych ^a fck, cube w [N/mm^2]
C8/9 C12/13 C16/18 C20/22 C25/28 C30/33 C35/38 C40/44 C45/50 C50/55 C55/60 C60/66 C70/77 C80/88	8 12 16 20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 80	9 13 18 22 28 33 38 44 50 55 60 66 77 88
^a Można przyjmować inne wartości, jeżeli ustali się z wystarczającą dokładnością oraz udokumentuje zależność między tymi wartościami i odpowiednią wytrzymałością oznaczoną na walcach

Betony BWW, BBWW, BUWW

BWW - to beton o klasie wytrzymałości B60 - B120 (beton wysokiej wytrzymałości)

BBWW - to beton o klasie wytrzymałości B120 - B180 (beton bardzo wysokiej wytrzymałości)

BUWW - to beton o klasie wytrzymałości powyżej B180 (beton ultra wysokiej wytrzymałości)

Betony te stosuje się do budynków wysokich szkieletowych - o oszczędnych przekrojach, do budowli tuneli, platform wiertniczych, nawierzchni drogowych odpornych na ścieranie, mostów, itd.

Aby uzyskać wyższe parametry betonu należy:

• zmniejszyć końcową porowatość zaczynu

• stosować kruszywo łamane o R_m = 200-300 MPa (N/mm²)

• stosować bardzo drobne uszczelniające wypełniacze

• poprawić przyczepność zaczynu do kruszywa

• w/c [BWW] 0.22  w/c  0.35; stąd potrzeba stosowania superplastyfikatorów (SP) - mieszanka staje się rzadsza

• dobór odpowiedni kruszywa, spełnienie warunku najmniejszej wodożądności i największej szczelności; stosować kruszywo bez frakcji 0-0.05; max. wielkość ziarna do 16 mm; najlepsze kruszywo łamane o kształcie zbliżonym do sześcianu.

Projektowanie betonu zwykłego metodą trzech równań

Polega ono na spełnieniu trzech podstawowych warunków optymalnego projektowania betonu

• Warunek wytrzymałości

R = A_i (c/w  a)

• Warunek urabialności (konsystencji)

W = C*w_c + K*w_k + D_m*w_DM

• Warunek szczelności, absolutnych objętości

C/ρ_c + K/ρ_k + W + D_m/ρ_Dm = 1000 [dm³]

gdzie:

R - średnia wytrzymałość na ściskanie przyjmowana do projektowania betonu, MPa [N/mm²] R = 1.3 R_b^G

R_b^G - wytrzymałość gwarantowana na ściskanie betonu określona po 28 dniach dojrzewania, MPa [N/mm²]

A_i - (A₁ lub A₂); wsp. zależny od rodzaju i marki kruszywa oraz od klasy wytrzymałości cementu; wartość A₁ przyjmuje się gdy c/w  2.5 natomiast A2 przyjmuje się gdy c/w ≥ 2.5

a - wielkość liczbowa zależna od jakości cementu i kruszywa, można ją przyjąć jako stałą (a=0.5); znak współczynnik "a" jest dodatni gdy c/w ≥ 2.5 a ujemny gdy c/w  2.5

C - ilość dozowanego cementu, kg/m³ betonu

W - ilość wody, dm³ na m³ betonu

K - ilość kruszywa, kg/m³ betonu

D_m - ilość dodatku mineralnego, kg/m³ betonu

ρ_c - gęstość cementu, kg/dm³

ρ_k - gęstość kruszywa, kg/dm³

ρ_Dm - gęstość dodatku mineralnego, kg/dm³

w_c - wodożądność cementu, dm³/kg

w_k - wodożądność kruszywa, dm³/kg

w_DM - wodożądność dodatku mineralnego, dm³/kg

Wytrzymałość na ściskanie betonu przyjmuje się przy projektowaniu zgodnie ze wzorem:

• Fereta R = A [(c/w+p) - a], gdzie p - powietrze w mieszance betonowej, dm³/m³ betonu

lub

• Bolomeya R = A_i [c/w  a],

Wzór Fereta obowiązuje wtedy, gdy wytrzymałość kruszywa jest niższa od wytrzymałości zaczynu i dotyczy betonu porowatego. Natomiast Bolomey uprościł wzór Fereta zakładając, że p=0 i przyjął założenie, że wytrzymałość betonu R jest funkcją proporcji cementu do wody - R = f (c/w) - spełniającą warunek 1.2  c/w  2.8

Związek pomiędzy wytrzymałością na ściskanie a składem betonu można wyznaczyć na podstawie wzorów:

- dla betonów o c/w  2.5 stosuje się wzór c/w = R/A₁ + 0.5

- dla betonów o c/w ≥ 2.5 stosuje się wzór c/w = R/A2 - 0.5

Powyższe wzory mogą być stosowane gdy spełnione są warunki:

• porowatość zagęszczonej mieszanki betonowej nie jest większa od: - 0.002 objętości mieszanki bez stosowania domieszek napowietrzających; - 0.008 objętości mieszanki w przypadku stosowania domieszek napowietrzających;

• do betonu stosowane są dodatki i domieszki wpływające na zmianę określonych cech wytrzymałościowych, a wartość c/w nie jest mniejsza od 1.2 i nie i większa od 3.2.

W projektowaniu metodą trzech równań można korzystać z nomogramów oddzielnie dla cementów i kruszyw łamanych ze skał o gęstości: 2.65, 2.70, 2.80, 2.90, 3.0 kg/dm³.

Po zaprojektowaniu składu betonu należy przeprowadzić w warunkach laboratoryjnych kontrolę obliczonych składników mieszanki betonowej oraz wykonać min. badania: gęstości objętościowej świeżej mieszanki, objętości próbnego zarobu, stopnia zagęszczenia, pomiaru konsystencji, szczelności mieszanki betonowej w próbnym zarobie.

Do projektowania składu betonów powyżej klas betonów zwykłych można zastosować jedynie wzór na warunek szczelności (absolutnych objętości) i połączyć z metodami doświadczalnymi. Przy betonach wyższych wytrzymałości stosuje się wsp. w/c nie zawierający się w przedziale przewidzianym we wzorach Bolomeya.

Domieszki do betonów

Typy modyfikatorów

Do domieszek zalicza się m.in. preparaty uplastyczniające i upłynniające (plastyfikatory i superplastyfikatory), opóźniające i przyspieszające wiązanie, napowietrzające i uszczelniające. Dodatki, to m. in. pyły krzemionkowe i zbrojenie rozproszone, na przykład włókna stalowe, z tworzyw sztucznych, węglowe oraz pochodzenia organicznego.

• Plastyfikatory i superplastyfikatory

Plastyfikatory - domieszki obniżające napięcie powierzchniowe wody zarobowej w stopniu umożliwiającym ograniczenie jej zużycia o około 10% i przy zachowaniu tej samej konsystencji.

Superplastyfikatory - powodują powstawanie wokół ziaren cementu podwójnej warstwy jonowej, dzięki której zmniejszają się siły tarcia i następuje intensywna dyspersja zaczynu cementowego. Superplastyfikatory umożliwiają redukcję zużycia wody zarobowej o 30 do 35%, przy zachowaniu projektowanej konsystencji.

Surowce

• sole sulfonowanych melaminowo-formaldehydowych polimerów (SMF),

• sole sulfonowanych naftalenowo-formaldehydowych polimerów (SNF)

• oraz sulfonaty ligninowe i ich mieszaniny.

Domieszki te wpływają na równomierne rozłożenie kruszywa w mieszance, a tym samym na jednorodność mieszanki betonowej oraz na jednakowe zwilżenie ziaren kruszywa. Najczęściej dozowane są w ilości od 1 do 5% w stosunku do masy spoiwa. Zastosowane w maksymalnych dawkach, określonych przez producenta, powodują jednak zwiększenie napowietrzenia mieszanki betonowej, a w konsekwencji opóźnienie czasu wiązania cementu.

• Domieszki opóźniające wiązanie

Głównymi składnikami domieszek opóźniających wiązanie są fosforany, cukry i tlenki metali. Po zastosowaniu takich domieszek na powierzchni ziaren klinkieru cementowego tworzy się otoczka, która hamuje dostęp wody i blokuje powstawanie zarodków krystalizacji, na których pojawiają się produkty hydratacji. Domieszki opóźniające stosuje się w wypadku dłuższego transportu betonu, by zapobiec rozpoczęciu procesu wiązania. Modyfikatory te, dodane w ilości 0,2-2,0% w stosunku do ilości cementu, pozwalają zmniejszyć ilość wody zarobowej nawet o 10% i opóźnić czas wiązania o 3 do 24 godzin. Domieszki opóźniające wiązanie działają również uplastyczniająco.

Skutki uboczne

Na przykład w wyniku wydłużenia czasu między początkiem a końcem wiązania betonu istnieje niebezpieczeństwo powstawania rys skurczowych, a na skutek opóźnienia czasu twardnienia może zmniejszyć się wytrzymałość początkowa betonu. Zastosowanie opóźniaczy organicznych w połączeniu z niektórymi cementami może spowodować gwałtowne przyspieszenie wiązania, dlatego korzystniejsze jest stosowanie opóźniaczy nieorganicznych. Przedozowanie może doprowadzić do powstania niekontrolowanych porów powietrznych, które obniżają wytrzymałość.

• Domieszki przyspieszające wiązanie

Stosowane są głównie w betonach natryskowych, szybkowiążących, uszczelniających i wodoszczelnych. Stosowane w ilości od 0,5 do 5,0% w stosunku do masy cementu pozwalają osiągnąć maksymalną wytrzymałość betonu już po 6 godzinach. Dzięki nim można szybciej demontować formy i dlatego są stosowane przy produkcji wyrobów betonowych. Domieszki te mogą wywoływać skutki uboczne: niższą wytrzymałość końcową, większy skurcz przy zastosowaniu maksymalnych lub wyższych od dopuszczonych przez producenta dawek, a efekty uzależnione są od rodzaju cementu.

• Domieszki napowietrzające

Domieszki te poprzez redukcję napięcia powierzchniowego wody zarobowej wprowadzają do mieszanki pory powietrzne w kształcie kuleczek o średnicy 0-0,3 mm, co powoduje przerwanie istniejącego systemu kapilarnego betonu. Zastosowanie tych domieszek w betonach pozwala wykonywać elementy trwałe i odporne na działanie czynników atmosferycznych oraz agresywnego środowiska. Do grupy takich elementów zalicza się np. płyty chodnikowe, kanały odwadniające, podjazdy garażowe, stopnie schodów, mury betonowe, zbiorniki w oczyszczalniach ścieków.

Stosowane są najczęściej jako domieszki poprawiające mrozoodporność, podwyższające trwałość betonu i zmniejszające jego nasiąkliwość.

• Domieszki uszczelniające

Domieszki uszczelniające zmniejszają nasiąkliwość betonu poprzez hydrofobizację systemu kapilar. Mają działanie uplastyczniające, pozwalają także uzyskać szczelną strukturę betonu. Domieszki należące do tej grupy w wysokim stopniu poprawiają trwałość i odporność betonu na działanie środowiska agresywnego.

Domieszki uszczelniające są drogie, dlatego częściej stosowane są domieszki upłynniające i technologie betonów wodoszczelnych, w których wskaźnik w/s jest bardzo niski.

Betony wysokowartościowe

Tradycyjna technologia projektowania betonów coraz częściej okazuje się niewystarczająca. Inżynierowie poszukują nowych rozwiązań konstrukcyjnych, technologicznych i materiałowych, które umożliwią wznoszenie lekkich i smukłych konstrukcji inżynierskich. Obecnie większą uwagę przywiązuje się do odporności betonu na oddziaływanie agresywnego środowiska zewnętrznego. Doskonali się również stosowanie betonów modyfikowanych substancjami chemicznymi zwiększającymi ich szczelność, odporność na skrajnie niską i wysoką temperaturę oraz agresję chemiczną.

Klasyfikacja betonów, a tym samym zaliczenie do danej grupy normowej, jest najczęściej oparta na uzyskanej wytrzymałości na ściskanie. Jednak w krajach, w których technologia betonu jest już bardzo rozwinięta (Stany Zjednoczone, Japonia, Francja, Norwegia) coraz częściej odchodzi się od tego typu klasyfikowania, uwzględniając inne cechy betonu: urabialność, szczelność oraz trwałość.

Rodzaje betonów wysokowartościowych:

• Betony wysokiej wytrzymałości (BWW): to kompozyty cementowe o wytrzymałości na ściskanie od 60 do 120 MPa. Zakres ten przyjęto za większością źródeł europejskich oraz amerykańskich (min. Beton DIN 1045, Eurocode 2, ACI 318-89).

• Beton bardzo wysokowartościowy (BBWW): jego klasyfikacji dokonano poprzez przyporządkowanie wytrzymałości na ściskanie do przedziału od 120 do 180 MPa.

• Betony ultrawysokowartościowe (BUWW) - betony najnowszej generacji o wytrzymałości na ściskanie powyżej 180 MPa. Podczas badań stwierdzono, że betony z dodatkiem mikrozbrojenia oraz poddane specjalnej obróbce cieplno-wilgotnościowej uzyskują wytrzymałości nawet ponad 800 MPa. Betony najnowszej generacji

• Lekkie betony wysokowartościowe

Lekkie betony wysokowartościowe (LBWW) to betony powstałe z użyciem kruszyw lekkich, a przede wszystkim kruszyw sztucznych takich jak liapor czy leca (ze spęcznionych glin) lub lytag (ze spiekanych popiołów lotnych). LBWW stosuje się głównie w elementach konstrukcji platform wydobywczych i innych obiektów wykonywanych najpierw w suchych dokach (ze względu na gęstość materiału możliwy jest dogodny transport elementów do miejsca wbudowania) oraz w przęsłach mostów i przekryciach dużej rozpiętości. W praktyce LBWW, gęstości od 1850 do 2000 kg/m³, uzyskują wytrzymałość na ściskanie od 50 do 90 MPa.

• Włóknobeton wysokowartościowy - jest to beton ze zbrojeniem rozproszonym w postaci włókien metalowych, węglowych, polipropylenowych lub innych, długości około 20 mm i przekroju najczęściej około 1 mm².

• Betony samozagęszczające

To betony o bardzo ciekłej konsystencji (normowy rozpływ 500-700 mm), z dużą zawartością cementu (powyżej 600 kg/m3) oraz małą ilością kruszywa. Wykonanie takich mieszanek jest możliwe tylko z zastosowaniem specjalnych dodatków i domieszek. Korygują one lepkość, zapobiegają segregacji i zmniejszają ciepło hydratacji.

Betony kompozytowe

Zastosowanie w betonie włókna rozproszonego jest niekiedy najlepszym sposobem na uniknięcie rys i pęknięć skurczowych oraz na poprawianie właściwości mechanicznych. Takie betony, nazywane kompozytowymi, najczęściej stosuje się do:

• budowy nawierzchni dróg, autostrad, mostów oraz dróg i posadzek przeznaczonych dla sprzętu ciężkiego

• wykonywania nawierzchni nabrzeży portowych lub budowy zbiorników w oczyszczalniach ścieków, zbiorników retencyjnych i kolektorów ściekowych

• wykonywania nawierzchni hal fabrycznych i targowych oraz posadzek o podwyższonej odporności na uderzenia i ścieranie.

• wykonywania budowli wodnych narażonych na obciążenia dynamiczne.

Mikrowłókna stosuje się jako dodatek do betonu natryskowego naprawczego (torkretowanie), do zapraw i mas samopoziomujących oraz przy produkcji prefabrykatów betonowych wielkogabarytowych i cienkościennych.

Rodzaje mikrozbrojenia

Mikrozbrojenie stanowią włókna średnicy do 1 mm. Są one rozmieszczone w betonie w sposób przypadkowy, albo skupiony w określonych miejscach i kierunkach.

Charakteryzuje je:

• rodzaj materiału,

• smukłość (stosunek długości do średnicy włókien),

• gęstość,

• wytrzymałość na rozciąganie,

• moduł Younga.

Uzbrojenie włóknami może być: przeciwskurczowe niezbrojące lub przeciwskurczowe zbrojące.

O tym, do której z grup zaliczymy dany rodzaj włókna, decyduje jego:

• moduł Younga,

• wytrzymałość, a przede wszystkim wytrzymałość resztkowa betonu, czyli wytrzymałość, jaką wykazuje zarysowany beton (wtedy włókna przenoszą obciążenia).

Do włókien zbrojących zalicza się te, których moduł sprężystości Younga E jest większy od modułu stwardniałego betonu (E = 20 GPa).

Zastosowanie mikrozbrojenia ma zapobiec tworzeniu się mikrospękań w twardniejącym betonie i powstawaniu rys skurczowych. Można to osiągnąć, dodając niewielką ilość (około 0,1% objętości betonu) włókien o module sprężystości mniejszym od modułu sprężystości betonu (np. włókno celulozowe, polipropylenowe). Włókna te są na tyle mocne, aby zwiększyć zdolność do przeciwstawiania się naprężeniom rozciągającym, wynikającym z procesu kurczenia się zaczynu cementowego. Dzięki temu powierzchnie wykonane z betonu kompozytowego pielęgnuje się podobnie jak wykonane z tradycyjnego materiału. Wyeliminowanie rys skurczowych poprawia szczelność i ogranicza nasiąkliwość betonu, chroniąc tym samym pręty zbrojeniowe przed korozją. Jednocześnie zwiększa się jego mrozoodporność bez konieczności stosowania dodatków napowietrzających do mieszanki. Wynikiem tego jest ograniczenie procesu łuszczenia się powierzchni betonu podczas eksploatacji.

Rodzaje włókien

azbestowe - są naturalnym materiałem włóknistym. Różnią się składem mineralnym, a więc także parametrami fizycznymi. Włókna azbestowe nazywa się od minerału dominującego. Ze względu na bardzo dobre parametry fizyczne (np. moduł Younga) i geometryczne (bardzo mała średnica, naturalnie zróżnicowana smukłość) są najlepszym dodatkiem do betonu. Ponieważ jednak stwierdzono ich niekorzystne działanie na organizm człowieka, zabroniono ich stosowania w budownictwie.

szklane - wykonane ze szkła alkaloodpornego, mają przekrój kołowy. Są w ograniczonym stopniu odporne na oddziaływanie środowiska alkalicznego. Stosuje się je głównie przy produkcji płyt okładzinowych.

stalowe - charakteryzują się niewielką smukłością. Eliminują spękania plastyczne, poprawiają zdolność do przenoszenia obciążeń, gdy uszkodzony został beton (obciążenia są przenoszone tylko przez włókna). Problemem może być uzyskanie jednorodności mieszanki. Stosuje się je jako dodatki wzmacniające fundamenty, stanowiska pod ciężkie maszyny i płyty poddawane dużym obciążeniom.

organiczne celulozowe - uzyskiwane są z przeróbki drewna i z roślin jednorocznych. Tani i ekologiczny modyfikator. Stanowią zamiennik azbestu przy produkcji płyt elewacyjnych i dekarskich. Ich stosowanie jest jednak ograniczone, ponieważ silnie reagują na zmianę warunków termiczno-wilgotnościowych, zmieniają parametry geometryczne. Na skutek tego odspajają się od betonu i przestają z nim współpracować, co ogranicza ich stosowanie.

organiczne polipropylenowe PP - wytwarzane w postaci ciętej przędzy o przekroju kołowym lub w postaci fibrylowanych (powierzchnia modyfikowana chemicznie) pasków ciętych z folii. Wykorzystywane są w celu wyeliminowania spękań skurczowych w betonie.

węglowe - występują w postaci prętów o przekroju kołowym lub prostokątnym. Wykorzystywane są jako dodatek antyelektrostatyczny i osłabiający promieniowanie jonizujące.

Betony specjalne

• Betony wysokowartościowe

• Betony wodoszczelne

Dzięki uzyskanym parametrom większość betonów wysokowartościowych, można zakwalifikować do grupy betonów wodoszczelnych. Wykonuje się je dla zapewnienia wymaganej szczelności, przewyższającej szczelność technologii betonów zwykłych. W wyniku zastosowanych materiałów BWW są droższe od tradycyjnych, stąd inżynierowie dążyli do uzyskania kompozytu tańszego, ze szczególnych uwzględnieniem szczelności. Betony wodoszczelne uzyskuje się dzięki odpowiedniemu, precyzyjnemu doborowi składników mieszanki betonowej oraz zminimalizowaniu porowatości betonu. Szczelność ta funkcyjnie zależy głównie od wskaźnika wodno-spoiwowego i wieku betonu.

Wyróżnia się kilka stopni wodoszczelności betonu: W2, W4, W6, W8, W10 i W12. Liczba oznacza wielkość ciśnienia słupa wody w MPa, oddziałującego na próbkę betonową o grubości 15 cm. Dla uzyskania poszczególnych stopni wodoszczelności zaleca się, aby wskaźnik wodno-cementowy kształtował się następująco:

. dla W8 - W12, W/C < 0,45;

. dla W6 - W8, 0,45 < W/C < 0,5;

. dla W4 - W6, 0,5 < W/C < 0,6;

. dla W2, W/C > 0,6.

Zalecana jest jak najgęstsza, możliwa do zawibrowania konsystencja. Należy również zwrócić szczególną uwagę na jakość i jednolitość stosowanego kruszywa. W betonach wodoszczelnych zaleca się stosowanie kruszyw sortowanych.

Bardzo ważne przy wykonywaniu betonów wodoszczelnych jest zapewnienie pełnej szczelności, uwzględniając również rysy skurczowe. W procesie dojrzewania, na skutek szybkiej utraty wody z betonu i wydzielania ciepła hydratacji, na powierzchni betonu powstają mikrorysy skurczowe. Aby zapobiec rozwojowi rys skurczowych, należy ściśle przestrzegać pielęgnacji betonu. W przypadku betonów wodoszczelnych zaleca się 14 - dniową pielęgnację. Po tym czasie skurcz nie będzie powodował powstawania rys, gdyż wytrzymałość betonu na rozciąganie będzie wystarczająca do przeniesienia naprężeń, wywołanych odkształceniami technologicznymi. Betony wodoszczelne wykorzystuje się głównie w konstrukcjach wodnych, lub ich elementach znajdujących się poniżej zwierciadła wody, zbiornikach wodnych oraz budowlach szczególnie narażonych na oddziaływania wody.

• Betony odporne na ścieranie

Jedną z cech betonów wysokowartościowych jest duża odporność na ścieranie. Podobnie jak w przypadku betonów wodoszczelnych, możliwe jest obniżenie kosztów ich produkcji. Wyróżnia się dwa mechanizmy powodujące ścieranie betonu:

. ścieranie przedmiotami o płaskich powierzchniach ( ruch kołowy, pieszy ),

. ścieranie materiałami sypkimi ( przemieszczanie kruszyw, piasków ).

W każdym z nich o trwałości betonu decyduje inny składnik mieszanki. W pierwszym jest to składnik najbardziej odporny na ścieranie - kruszywo grube. W drugim, jest to składnik najsłabszy - zaprawa, dlatego zaleca się stosowanie minimalnej ilości zaprawy, ograniczając się do 450 l/m³. W betonach narażonych na ścieranie przedmiotami o płaskich powierzchniach, wskazane jest stosowanie kruszyw łamanych, o wytrzymałości powyżej 120 MPa i ścieralności skały < 2 mm. W odróżnieniu od betonów wysokowartościowych, betony specjalne narażone na ścieranie mogą mieć wytrzymałość 20 - 35 MPa w zależności od przeznaczenia. Grubość warstwy ściernej nie może być mniejsza, niż 5 cm dla warstw układanych na betonie stwardniałym i 3 cm dla warstw układanych na świeżym betonie. Wyróżnia się dwie klasy ścieralności dla betonów odpornych na ścieranie. Klasa I - dla ruchu dużego i ciężkiego - 0,25 cm ścieralności betonu na tarczy Boehme`go , klasa II - dla ruchu średniego i małego - 0,30 cm ścieralności. Betony odporne na ścieranie znalazły swoje zastosowanie w budowie dróg i nawierzchni lotnisk. Zostały także zastosowane przy wypełnieniu dna rzeki Los Angeles, zniszczonego przez erozyjne tarcie.

• Betony hydrotechniczne

Jest to grupa betonów stanowiąca połączenie cech betonów wodoszczelnych i odpornych na ścieranie. Od betonów hydrotechnicznych wymaga się wodoszczelności, mrozoodporności, odporności na ścieranie i niskiego ciepła hydratacji oraz minimalnego skurczu. Pociąga to za sobą konieczność ograniczenia ilości cementu, pozwalając tym samym na zmniejszenie wydzielanego ciepła hydratacji.

Betony hydrotechniczne znalazły zastosowanie głównie w budownictwie wodnym, szczególnie narażonym na oddziaływanie wody w każdej postaci (woda, lód, mgła ). Konstrukcje wodne, zwłaszcza tamy i platformy wiertnicze , to obiekty o dużych rozmiarach , eksploatowane w ekstremalnych warunkach. Przy ich projektowaniu konieczne jest opracowywanie każdorazowo innej receptury i technologii wykonania robót. Każda taka inwestycja wymaga także przygotowania oraz badań materiałów budowlanych, a w niektórych przypadkach - opracowywania specjalistycznych cementów. W uzasadnionych przypadkach stosuje się betony wysokowartościowe. Przykładem indywidualnego podejścia do wznoszonej konstrukcji może być zapora Hoovera na rzece Colorado w USA. Ta największa na szlaku wodnym inwestycja pochłonęła 2,5 mln m3 betonu, w skład którego weszło 8,2 mln ton kamieni. Ilość stali zbrojeniowej, użytej do budowy tej konstrukcji dorównuje ilości zużytej stali w Empire State Building w Nowym Yorku. Grubość podstawy wynosi 201 m, a wysokość 220 m ( 70 pięter ! ).

• Betony ognioodporne

Trwałość ogniowa betonów zwykłych jest niska. Ich odporność na krótkotrwałe działanie temperatury kształtuje się w granicach 200 - 3000C. W wyższej temperaturze następuje spadek wytrzymałości oraz modułu sprężystości. Beton ulega znacznym i trwałym odkształceniom. Betony ognioodporne stosuje się do budowy kominowych przewodów dymowych, kotłów centralnego ogrzewania i konstrukcji, gdzie temperatura dochodzi do 7000C. Betony ognioodporne są trwalsze niż betony zwykłe, lecz nie są to betony niezniszczalne. W przypadku oddziaływania wysokiej temperatury tracą nawet do 65 % wytrzymałości na rozciąganie, co uznaje się za dopuszczalne. Projektując beton ognioodporny powinno się przestrzegać następujących zaleceń:

. stosownie cementów wysokich marek ( powyżej 32,5 )

. stosowanie kruszywa grubego ( głównie łamanego ze skał magmowych zasadowych lub półkwaśnych, kruszywa ceramicznego - klinkier, keramzyt, szamotu, żużla o zawartości CaO < 40% ),

. stosowanie kruszywa drobnego ( pochodzenie jak kruszywa grubego ).

Wyróżnia się kilka marek betonu ognioodpornego: 7, 9, 11, 14, 17, 20 i 25. Oznaczenie odpowiada uzyskiwanej wytrzymałości na ściskanie po próbie badania.

• Betony osłonowe

Betony te stosuje się głównie jako osłony radiologiczne, chroniące środowisko zewnętrzne przed szkodliwym promieniowaniem. Stosowane są zatem głównie w obiektach, w których zlokalizowane są źródła promieniowania jądrowego oraz promieniowania rentgenowskiego. Betonowe osłony mają za zadanie osłabienie natężenia promieniowania do wartości mniejszej niż dopuszczalne (promieniowania gamma, promieniowania neutronowego oraz rentgenowskiego).

Betony osłonowe klasyfikuje się ze względu na gęstość:

. betony zwykłe, 2100 kg/m3 gęstość < 2600 kg/m3

. betony ciężkie, gęstość > 2600 kg/m3

Dokonuje się również klasyfikacji ze względu na rodzaj użytego kruszywa:

. betony zwykłe,

. betony na kruszywie ciężkim,

. betony na kruszywie uwodnionym (beton magnetytowy),

. betony z obciążeniem (obciążniki stalowe, ołowiowe),

. betony zawierające bor.

Od betonów osłonowych wymaga się spełnienia wielu kryteriów, a także stawia się określone wymagania technologiczne. Są to głównie:

. duża gęstość i jednorodność gęstości betonu, gęstość >2600 kg/m3

. właściwy skład chemiczny,

. odporność na promieniowanie i jego wpływ,

. wodoszczelność i paroszczelność,

. mały moduł sprężystości, 14000 - 50000 MPa

. odporność na wysokie temperatury,

. łatwość formowania,

. duża trwałość,

. mały skurcz.

Aby uzyskać betony osłonowe, a tym samym skutecznie zapobiegać lub ograniczyć promieniowanie, należy wnikliwie poznać rodzaj i wielkość tego promieniowania, a następnie przystąpić do zaprojektowania betonu (uwzględniając skład chemiczny i mineralny mieszanki betonowej).

Technologia wykonania betonu osłonowego nie odbiega od klasycznej metody wykonywania betonów. Główną uwagę jednak kieruje się na rodzaj i ilość zastosowania wypełniacza ciężkiego oraz kruszywa. Krzywe przesiewu dla kruszyw do betonów osłonowych przedstawiono na rys. 4 i 5. Należy jednak zauważyć, że w wielu państwach zalecenia w doborze kruszywa istotnie się różnią. Wynika to jednak ze sposobu prowadzenia badań i wdrażania ich w rzeczywistość.

Warunki dojrzewania betonów osłonowych są identyczne jak dla betonów zwykłych, przy czym szczególną uwagę należy zwrócić na możliwość pojawienia się rys skurczowych, a tym samym należy zadbać o pielęgnację betonu.

Wśród stosowanych do mieszanek betonów osłonowych dodatków zalicza się głównie dodatki poprawiające urabialność mieszanki oraz dodatki poprawiające właściwości osłonowe. Do ostatniej grupy dodatków należą głownie: kwas borny, sole boru oraz uwodnione sole litu.

Kontrole jakości mieszanek betonowych i betonów obejmują głównie:

. skład chemiczny kruszywa,

. jednorodność kruszywa,

. gęstość mieszanki,

. jednorodność mieszanki,

. konsystencje mieszanki,

. szczelność ułożenia mieszanki.

Wytrzymałość na ściskanie - w zależności od rodzaju i receptury mieszanki betonowej, betony osłonowe uzyskują wytrzymałości od 10 do 40 MPa. Wyższe wytrzymałości są jedynie uzasadnione konstrukcją obiektu.

Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu - tak jak w przypadku betonów zwykłych, betony osłonowe wykazują podobne tendencje wytrzymałościowe przy rozciąganiu jak betony zwykłe. Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu stanowi ok. 10 % wytrzymałości na ściskanie.

Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu betonów osłonowych - w przypadku betonów osłonowych dąży się do uzyskania niskiego modułu sprężystości. Badania nad betonami osłonowymi wykazały wartości modułu sprężystości w zakresie 14000 do 45000 MPa.

---