Spoiwa wiążące jest to grupa tworzyw, które rozdrobnione do postaci pyłu i zarobione wodą dają plastyczny zaczyn, łatwo układający i formujący się oraz wiążący po pewnym czasie i twardniejący na powietrzu lub w wodzie. W rezultacie otrzymujemy sztuczny kamień -beton.

Podział spoiw:

• Mineralne

- Powietrzne

- Hydrauliczne

• Organiczne

- Żywice

- Materiały bitumiczne

Spoiwa powietrzne - wiążą tylko na powietrzu, wykonane z nich betony są wrażliwe na wilgoć bądź całkowicie nie odporne na wodę przy stałym zetknięciu. Wykorzystane są w zasadzie do produkcji niektórych betonów lekkich np. beton komórkowy. Głównymi składnikami są związki zasadowe: CaO, MgO. Pobierając CO₂ z powietrza przechodzą w węglany. Rodzaje:

- wapno palone

- wapno gaszone

- wapno magnezjowe

- gips

- anhydryt

Spoiwa hydrauliczne - mogą wiązać na powietrzu i pod wodą. Wykonane z nich betony są odporne na działanie wody, a nawet woda powoduje stały wzrost ich wytrzymałości.

Głównymi składnikami są związki kwaśne: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃. Rodzaje:

- cement

- wapno hydrauliczne

- żużel wielkopiecowy

Żywice - betony ze spoiwami w postaci żywic nazywamy plastobetonami np. żywice akrlylowe, epoksydowe.

Materiały bitumiczne - asfalty, smoły, bardzo rzadko stosowane, wymieszane z rozpuszczalnikiem ulegają wietrzeniu.

Właściwości spoiw:

Miałkość - wywiera ona istotny wpływ na proces dojrzewania. Im drobniejsze ziarna, tym w tej samej objętości cementu istnieje większa powierzchnia styku cementu z wodą, a więc i większa powierzchnia na której zachodzi jednocześnie reakcja. Powoduje to jednocześnie indensyfikację procesu hydratacji, wpływa więc na proces samo ocieplenia oraz na przyśpieszenie procesu wiązania i szybszego przyrostu wytrzymałości wyrobu. Im cementy są wyższych klas tym z reguły są bardziej miałkie.

Gips i wapno w całej swojej objętości reaguje z wodą.

Cement w zależności od wielkości ziaren może ulec hydratacji w pewnym stopniu.

Kaloryczność - wiązanie cementu jest procesem egzotermicznym tzn. podczas wiązania wydziela się ciepło. Ilość wydzielonego ciepła zależy od rodzaju cementu, jego składu chemicznego. Wydzielające się ciepło podnosi temperaturę dojrzewającego zaczynu, zaprawy i betonu. Wzrost temperatury zależy od sposobu izolacji przed utartą ciepła.

Zależy od:

- Na kaloryczność nie ma wpływu miałkość i temperatura początkowa spoiwa czy otoczenia

- Składu chemicznego spoiwa - najbardziej kaloryczny jest tlenek wapnia CaO - 1170 J/kg , na drugim miejscu jest MgO - 850 J/kg.

- Temperatury spoiwa - zmiana temperatury o 10°C przyspiesza reakcje dwukrotnie,

Kaloryczność może być cechą pozytywną, gdy prace wykonywane są w obniżonej temperaturze lub negatywną np. przy dużych budowach powstają różnice temperatur przez co powstają naprężenia termiczne, które mogą powodować pękanie.

Zmiany objętościowe - zmiany spowodowane procesami fizycznymi

- skurcz

- narastanie

- odkształcenie termiczne

- pełzanie

Skurcz - Skurczem nazywamy zmniejszenie się objętości zaprawy czy betonu w wyniku ubytku wody spowodowanego procesami fizycznymi i chemicznymi. W zależności od przyczyn występowania skurczu rozróżnia się: - skurcz fizyczny powodowany wyparowaniem części wody zarobowej. Jest to skurcz częściowo odwracalny. - skurcz chemiczny (kontrakcja) powstaje w wyniku związania przez składniki cementu pewnej ilości wody.

- W zależności od czasu w jakim wystąpi skurcz rozróżnia się:

- skurcz plastyczny, występujący w czasie wiązania i pierwszych godzin twardnienia (po około 7-8 godz. po ułożeniu betonu);

- skurcz efektywny : sumaryczny skurcz fizyczny i chemiczny określony w umownym okresie czasu;

- skurcz końcowy - skurcz po 2-3 latach od momentu ułożenia mieszanki betonowej.

-W zależności od rodzaju odkształceń:

- skurcz jednorodny, zachodzi mniej więcej równomiernie na całej grubości elementu

- skurcz niejednorodny, zachodzi na górnej powierzchni elementu.

Pęcznienie - proces nieodwracalny związany ze wzrostem objętości, niektóre spoiwa w czasie hydratacji zwiększają swoją objętość, proces ten może spowodować powstanie rys, spękań oraz rozsadzanie materiału. Rodzaje:

- pęcznienie wapniowe -dwukrotny wzrost objętości

- pęcznienie magnezjowe - mniejszy wzrost objętości

- pęcznienie gipsowe- kilkukrotny wzrost objętości

tego właściwie nie było -> Pełzanie betonu jest właściwością związaną z zaczynem cementowym. Większość hipotez wiąże pełzanie z ruchem wody w porach żelu C-S-H. Całkowicie suchy zaczyn cementowy i beton nie ulegają temu odkształceniu reologicznemu. Natomiast pełzanie wzrasta przy zwiększającej się zawartości wody w zacznie. W porach żelu długotrwałe obciążenie wywołuje różnicę ciśnienia wody, a w konsekwencji jej ruch wraz z którym następuje pełzanie zaczynu.

Tężenie i twardnienie

1.od momentu zarobienia cementu wodą do momentu rozpoczęcia wiązania

2.czas wiązania cementu

3.okres twardnienia

4.okres eksploatacji

z/w na prędkość twardnienia dzielimy na:

- szybko twardniejące, kilkanaście godzin

- normalnie twardniejące , kilka dni

- wolno twardniejące , nawet kilka dni

z/w na czas wiązania i twardnienia dzielimy na:

- spoiwa szybkowiążące (gips)

- spoiwa normalnie wiążące i szybko twardniejące (cement glinowy)

- spoiwa normalnie wiążące i normalnie twardniejące (cement portlandzki)

- spoiwa wolno wiążące i wolno twardniejące (wapno)

Warunki transport, odbioru i przechowywania spoiw mineralnych

Spoiwa budowlane mogą być dostarczane w pojemnikach lub wielowarstwowych workach 25 lub 50 kg. Worki powinny być oznakowane i mieć nadruk określający nazwę wytwórni, rodzaj spoiwa, datę workowania i termin trwałości. W czasie transportu i rozładunku spoiwo należy chronić przed opadami atmosferycznymi. Spoiwo budowlane przechowuje się w suchych, przewiewnych i zamkniętych magazynach. Cement dostarczany luzem specjalnymi cementosamochodami lub cementowagonami jest magazynowany w specjalnie do tego celu przeznaczonych zasobnikach.

Cement wysłany luzem powinien mieć identyfikator zawierający co najmniej następujące dane: nazwę, rodzaj, symbol i klasę cementu, nazwę wytwórni, masę cementu, datę i godzinę wysyłki, numer rejestracyjny pojazdu, zleceniodawcę, numer zlecenia, odbiorcę, termin i trwałość cementu.

IV. CEMENTY POWSZECHNEGO UŻYTKU

Podstawowym składnikiem hydraulicznym jest cement - drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą tworzy zaczyn wiążący i twardniejący w wyniku reakcji i procesów hydratacji, a po stwardnieniu pozostaje wytrzymały także pod wodą. Do spoiw hydraulicznych można zaliczyć: cement portlandzki, cement portlandzki z dodatkami, cement hutniczy, cement pucolanowy, cement glinowy oraz wapno hydrauliczne.

Cement jest materiałem wiążącym hydraulicznym, który otrzymuje się przez zmielenie klinkieru cementowego z siarczanem wapnia oraz dodatkami hydraulicznymi i pucolanowymi.

Skład mineralny:

Krzemian trójwapniowy

Krzemian dwuwapniowy

Glinian trójwapniowy

Glinożelazian czterowapniowy

Cement jest to mieszanina składników: głównych, drugorzędnych, siarczanu wapna i dodatków.

Składnikiem głównym cementu jest klinkier portlandzki (K), Klinkier portlandzki jest produktem spiekania w temp. 1450°C mieszaniny surowców składających się z wapieni i glinokrzemianów.

Materiały modyfikujące właściwości cementu:

• Granulowany żużel wielkopiecowy - S

• Pucolana naturalna - P

• Pucolana wypalana - Q

• Popiół lotny krzemionkowy - V

• Popiół lotny wapienny - W

• Łupek palony - T

• Wapień - L

• Pył krzemionkowy

Składniki drugorzędne - specjalnie wyselekcjonowane naturalne materiały nieorganiczne pochodzące z procesu produkcji klinkieru lub składniki modyfikujące, jeżeli nie są one składnikami głównymi, których udział w stosunku do wszystkich składników cementu nie przekracza 5%.

Siarczan wapnia - dodawany w trakcie mielenia klinkieru jako regulator wiązania

Dodatki - składniki nie wymienione na powyższej liście dodawane dla poprawy samego cementu, bądź poprawy procesu, łączna masa dodatku nie może przekraczać 1% masy cementu, a jeżeli są to dodatki organiczne to nie może przekraczać 0,5%.

Cement portlandzki CEM I

Uzyskuje się go poprzez zmielenie klinkieru portlandzkiego z dodatkiem ok. 5% siarczanu wapnia dwuwodnego lub anhydrytu. Wyróżnia się cementy portlandzkie klasy 32,5 42,5 oraz 52,5 oraz cement o zwiększonej wytrzymałości początkowej oznaczone symbolem R .

Cement mieszany CEM II

Cement ten produkuje się przez wspólne zmielenie klinkieru portlandzkiego, dodatków mineralnych oraz gipsu jako regulatora czasu wiązania. Cement ten ma wiele zalet: zmniejsza ciepło hydratacji, mały skurcz, zwiększoną odporność na działanie wód agresywnych. Stosuje się go do produkcji: betonu towarowego, prefabrykatów wielko- i drobnowymiarowych.

Cement hutniczy CEM III

Otrzymuje się go przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z gipsem i granulowanym żużlem wielkopiecowym lub przez wymieszanie oddzielenie zmielonych składników.

Cement hutniczy ma szereg korzystnych właściwości, taka jak mała przepuszczalność wykonanych z niego betonów i wysoka odporność na korozję siarczanową. Ponadto charakteryzuje się niskim ciepłem twardnienia, dzięki czemu jest przydatny do wykonywania dużych elementów betonowych i obiektów hydrotechnicznych. Może również być stosowany w budownictwie komunikacyjnym do budowy dróg, autostrad, wiaduktów i mostów.

Porównanie CEM I oraz CEM III:

- Cement hutniczy ma opóźniony początek i koniec wiązania o 30%

- Wolniejszy czas wiązania

- Większa odporność na agresję chemiczną

- Mniejsza kaloryczność

- Większe przyrosty wytrzymałości po 28 dniach

- Mniejszy nawet o 40% skurcz

- Niższa nasiąkliwość, ale dużo gorsza mrozoodporność

Cement pucolanowy CEM IV
Produkcja cementu pucolanowego polega na wspólnym zmieleniu klinkieru portlandzkiego, dodatków pucolanowych oraz gipsu.

Cementy pucolanowe charakteryzują się zwiększoną wodożądnością i mniejszą dynamiką narastania wytrzymałości początkowych, szczególnie w niskich temperaturach. Mają one niskie ciepło twardnienia, zwiększoną odporność na korozję oraz wyższe wytrzymałości końcowe.

Cement wieloskładnikowy CEM V

Otrzymuje się go przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z dodatkiem żużla wielkopiecowego, pucolany i gipsu.

Wiązanie i twardnienie cementu:

1. Bezpośrednio po zarobieniu cementu wodą następuje rozpad ziaren cementu - hydroliza (woda dostaje się do środka cementu), proces ten trwa od kilku do kilkunastu minut

2. Proces hydratacji: wiązanie wody - powstaje żel cementowy, proces ten trwa od kilku minut do kilku godzin

3. Twardnienie (krystalizacja) - żel cementowy przeradza się w trudno rozpuszczalne kryształy i zwiększa się wytrzymałość, następuje po kilku- kilkunastu godzinach, trwa nawet do kilku lat

V. CEMENTY SPECJALNE

Cement portlandzki biały

Charakteryzuje się on dużym stopniem białości oraz parametrami odpowiadającymi cementom portlandzkim klasy 32,5 oraz 42,5. Cement biały zawiera głównie krzemiany wapnia.

Cement portlandzki niskokaloryczny

Wzrost temperatury wewnątrz dużych mas betonu spowodowany hydratacją cementu w połączeniu z niską przewodnością cieplną betonu, może być przyczyną poważnych pęknięć.

Z tych względów konieczne jest znaczne ograniczenie szybkości wydzielania ciepła przez cement zastosowany w określonym rodzaju konstrukcji tak, aby większa część ciepła mogła ulec rozproszeniu, co ograniczy wzrost temperatury.Wykazuje małą tendencję do pęcznienia i skurczu.

Cement niskoalkaliczny

Wymagania dla cementu niskoalkalicznego spełniają CEM I,CEM II, CEM III, CEM IV, CEM V,

Cement glinowy

Jest to szybko twardniejące spoiwo hydrauliczne otrzymywane przez zmielenie bez dodatku gipsu, klinkieru glinowego spiekanego lub topionego. Główny składnik to tlenek glinu.

Cement plastyfikowany

- Otrzymywany przez zmielenie klinkieru i gliny z dodatkiem substancji

Cement szybkotwardniejący

Cement drogowy: Bardzo mały skurcz, Powolne twardnienie, Dobra przyczepność do podłoża, Wysoka wytrzymałość na ściskanie, Bardzo wysoka mrozoodporność, odporność na agresję siarczanową, chlorkową, kwasową

Cement ekspansywny

Cement hydrotechniczny

VII. KRUSZYWA

Kruszywo - jest to materiał sypki pochodzenia mineralnego lub sztucznego, służący jako wypełniacz mieszanki betonowej. Stanowi ono 70% objętości betonu, związku z tym ma bardzo duży wpływ na jego jakość.

z/w na pochodzenie dzielimy na:

• Naturalne - ze źródeł mineralnych poddanych jedynie przeróbce mechanicznej

- kruszone - otrzymane w wyniku kruszenia surowca skalnego luźnego

- nie kruszone

• Pochodzenia sztucznego - produkt procesu przemysłowego obejmujący termiczną lub inną modyfikację materiału mineralnego

• Z recyklingu - kruszywo będące produktem przeróbki nieorganicznego materiału użytego poprzednio w budownictwie

• Wypełniające - kruszywo przechodzące przez sito 0,063 mm, które może być dodawane do materiałów budowlanych w celu uzyskania pewnych właściwości

z/w na gęstość objętościową:

• Ciężkie ( γ> 3000 kg/m³ ) : baryt, magnetyt,

• Zwykłe ( 2000<γ< 3000 kg/m³ ) : granit, bazalt, dolomit, wapienie

• Lekkie ( γ< 2000 kg/m³ )

• Naturalne: pumeksoporyt, weglanoporyt, łupkoporyt

• Sztuczne:

• spieniane: pumkes hutniczy, szkło piankowe

• spiekane: keramzyt, popiołoporyt, glinoporyt, łupkoporyt

• granulowane: żużel wielkopiecowy

z/w na uziarnienie:

- Drobne - średnica ziaren do 4 mm

- Grube - średnica ziaren 4-63 mm

- Bardzo grube - średnica ziaren powyżej 63,5

Kruszywo naturalne - jest to materiał kamienny rozdrobniony w sposób naturalny w wyniku procesów przyrodniczych takich jak wietrzenie skał i erozyjne dzianie wody. Występuje w postaci luźnych, zaokrąglonych odruchów skalnych o gładkich powierzchniach ziaren nazywane jest kruszywem otoczkowym.

Kruszywo łamane - jest to materiał kamienny uzyskany w wyniku co najmniej jednokrotnego rozkruszenia skały litej w sposób mechaniczny. Najczęściej są to skały magmowe (granit, sjenit, bazalt) i skały węglanowe (wapień, dolomit). Ziarna tego kruszywa charakteryzują się ostrymi krawędziami i szorstką powierzchnią. Zapewnia ona lepszą, niż w przypadku kruszyw naturalnych, przyczepność zaprawy cementowej. Kruszywa uzyskane ze skał magmowych charakteryzują się wysoką wytrzymałością na ścieranie i są używane do produkcji wysokich klas betonów.

Kruszywo sztuczne - powstaje jako produkt odpadowy w procesach przemysłowych lub w wyniku zastosowania specjalnej technologii produkcji.

Podstawowymi parametrami określającymi przydatność kruszywa są: uziarnienie, wytrzymałość skały, zawartość ziaren płaskich i wydłużonych, zawartość pyłów mineralnych i zanieczyszczeń obcych, nasiąkliwość i mrozoodporność, zawartość związków siarki i związków chloru. Ponadto kruszywo powinno być odporne na korozyjne działanie alkaliów zawartych w cemencie i nie wykazywać właściwości promieniotwórczych.

Kształt ziarna

• naturalne

• łamane

Uziarnienie kruszywa

Oznaczenie składu ziarnowego wykonuje się metodą analizy sitowej. Metoda ta polega na przesianiu przez zestaw sit kontrolnych i ustaleniu ilości kruszywa, które pozostało na poszczególnych sitach. Kruszywo, którego wymiar ograniczony jest wielkością sit nazywa się frakcją ziarnową.

Krzywa uziarnienia opisuje ilość kruszywa nie przechodzące przez odpowiednie sito:

• gdy krzywa ucieka górą: bardzo dużo drobnych frakcji, beton urabialny, należy użyć więcej cementu, wytrzymałość maleje, większa ścieralność

• gdy krzywa ucieka dołem: przewaga dużych ziaren, mało drobnych frakcji, beton źle urabialny, trochę mniejsza urabialność

Jamistość

Jest to wskaźnik procentowy, wyrażający udział objętości przestrzeni międzyziarnowych w objętości kruszywa.

Porowatość

Polega na obliczeniu stosunku objętości porów ziaren kruszywa do całkowitej objętości próbki kruszywa.

Wodożądność

Jest to ważna cecha, która wpływa na konieczną ilość domieszki upłynniającej. Im mniejsza wodożądność cementu, tym można utrzymać niższy stosunek w/c w betonie. Wodożądność rośnie ze wzrostem rozdrobnienia. Dodatki nie wykazują dużego wpływu na wodożądność. Wyjątek stanowi kamień wapienny, który zapewnia wyjątkowo niską wodożądność.

Jest to ilość wody, którą należy dodać do 1 kg kruszywa, aby uzyskać odpowiednią konsystencję mieszanki betonowej (wskaźnik wodożądności

Wodowięźliwość

Zdolność kruszywa do zatrzymywania wody. Ilość zatrzymanej wody zależy od uziarnienia kruszywa i powierzchni ziaren. Im drobniejsze kruszywo tym więcej wody zatrzymuje. Woda może być zatrzymana w trzech postaciach: błonkowa, meniskowa oraz kapilarna.

Wskaźnik uziarnienia

Oblicza się z krzywej przesiewu dla 10 sit normowych:

1. W przypadku kruszyw do betonu: U_k= 10 - 1/100 ∑ f_i

2. Zalecone normą współczynniki Kuczyńskiego:

- dla kruszyw do betonu: 6< U_k <7,5

- dla piasku: 3< U_k <7,5

3. Dla zapraw piaskowych U_k= 6 - 1/100 ∑ f_i

Efekt ściany

• przez efekt ściany rozumie się wpływ na struktury betonu wszelkich powierzchni ograniczających objętość betonu

• jest to wzrost jamistości spowodowanej punktowym opadaniem ziaren

• przy deskowaniu jamistość dochodzi do 100%

• po zdjęciu deskowania występują ubytki zaprawy
  

Sposoby zminimalizowania efektu:

• zmniejszenie max wymiaru ziarna

• zwiększenie ilości zaczynu lub zaprawy aby gęstość wzrosła z 1,1 do 1,2 lub 1,3

Zanieczyszczenia :

• Zawartość pyłów mineralnych - Cecha ta wywiera wpływ głównie na właściwości wytrzymałościowe i mrozoodporność betonu.

- ograniczeniu przyczepności zaczynu cementowego do kruszywa ze względu na pokrycie kruszywa warstwą iłu bądź gliny

- zwiększają wodożądność kruszywa

• Zanieczyszczenia obce - Widocznym gołym okiem kawałki drewna, muszle, gruz, kawałki węgla. Wpływają niekorzystnie na wszystkie cechy betonu. Wysoka ich zawartość eliminuje kruszywo z użycia. Zanieczyszczenia obce, mogą w wyniku pęcznienia pod wpływem wody doprowadzić do powstania sieci spękań, a w skrajnych przypadkach do zniszczenia konstrukcji.

• Zawartość związków siarki - Związki siarki znajdujące się w kruszywie mogą na skutek hydrolizy powodować pęcznienie zaczynu cementowego oraz przyspieszoną korozję stali w betonie.

Punkt piaskowy - jest to stosunek ziarna frakcji piaskowych do całości (ogólnej ilości kruszywa). Jest to procentowa zawartość piasku.

Pp =∑P/∑K suma frakcji piasku 0-2 mm / suma frakcji kruszywa. Punkt piaskowy powinien zawierać się w przedziale 25-50%.

Właściwości techniczne kruszyw:

• wytrzymałość na ściskanie

• nasiąkliwość i mrozoodporność

• zawartość ziaren słabych i zwietrzałych

• obecność obcych zanieczyszczeń

• obecność ziaren nieforemnych

• zawartość pyłów mineralnych i cząstek ilastych

• obecność zanieczyszczeń organicznych

VIII. RÓŻNICA MIĘDZY DOMIESZKĄ A DODATKIEM

Domieszka - są to substancje organiczne lub nieorganiczne , których nie traktujemy jako składników objętościowych. Dodawane w ilościach mniejszych niż 5% całkowitej masy cementu. Są to substancje w postaci: płynów, proszków, zawiesin. Modyfikacja właściwości betonów na dodrze reakcji fizycznych, chemicznych lub fizyko-chemicznych.

Dodatek - są to substancje, które wpływają na objętość cementu. Występują w ilości większej niż 5% np. popioły lotne (zwiększają urabialność, zmiana płynności lub wytrzymałości a także odporności chemicznej). Dodatkami nowej generacji są włókna polipropylenowe lub włókna stalowe. Będą one miały inne parametry, nie będą już zwykłym materiałem kruchym. Rozróżniamy dodatki:

• obojętne - obojętne chemiczne lub prawie obojętne w stosunku do składników cementu

• pucolanowe - zawierają dużo krzemionki SiO₂ ,nie mają właściwości wiążących, tworzą związki nie rozpuszczalne w wodzie

IX. DOMIESZKI DO BETONU

Plastyfikatory - obniżenie wody 8-18%

I. Obniżenie konsystencji, nawet do półpłynnej, ciekłej

II. Gęstoplast + domieszka (nie zależy nam na zmianie konsystencji)

Konsystencja pozostaje stała, natomiast wytrzymałość rośnie

II. Gestoplast + domieszka. Konsystencja i wytrzymałość ma wartość stałą

R = A_i (c/w - 0,5) zmieniając ilość wody zmieniamy ilość cementu

Superplastofikatory - są domieszkami obniżającymi potrzebną zawartość wody w mieszance, lecz w stopniu silniejszym od zwykłych domieszek (są to rozpuszczalne w wodzie polimery organiczne). W postaci soli sodowych (lub soli wapnia).Obniżenie wody 8-30%. Działanie: ziarenka cementu i dostarczone im silne ładunki powodują, że się wzajemnie odpychają, uzyskuje się w ten sposób poprawę urabialności lub otrzymuje się normalną urabialność o zwiększonej wytrzymałości, dzięki bardzo dużemu zmniejszeniu stosunkowi woda-cement.

Domieszki przyśpieszające wiązanie:

- Są to preparaty, które powodują natychmiastowe wiązanie cementu

- Najbardziej rozpowszechniony jest chlorek wapnia (CaCl₂).

- Kwas solny HCl , działa podobnie jak chlorek wapniowy, przyspiesza hydratację ziaren cementu

- chlorek sodu i potasu

Domieszki opóźniające wiązanie:

Domieszki napowietrzające: Powodują znaczące zwiększenie mrozoodporności, polepszenie urabialności, zwiększają w sposób sztuczny ilość frakcji pylastej

1. Domieszki modyfikujące właściwości reologiczne:

• uplastyczniające i upłynniające

• zagęszczające , zwiększają kohezję mieszanki betonowej, samoczynnie odprowadzanie powietrza, produkowane na bazie różnych polimerów

• zwiększające więźliwość wody, aby woda nie uległa utracie z zaczynu, woda nie ma możliwości uciekania, hydratacja w szerszym zakresie

2. Domieszki modyfikujące zawartość powietrza w betonie:

• napowietrzające

• spieniające

• przeciwpieniące

3. Domieszki modyfikujące wiązanie i twardniejące betonu:

4. Domieszki ekspansywne

5.Domieszki uszczelniające

7. Domieszki zwiększające przyczepność betonu ,

8. Domieszki barwiące betony

XI. MIESZANKA BETONOWA

Mieszanka betonowa - jest to mieszanina cementu, kruszywa i wody.

Zaczyn - jest to mieszanina cementu i wody

Zaprawa - jest to mieszanina cementu, wody i kruszywa o frakcji do 2 mm.

Beton - jest to mieszania cementu, wody i kruszywa o frakcji większej niż 2 mm.

Do podstawowych właściwości mieszanki betonowej zaliczyć można urabialność, konsystencję, jednorodność i zawartość powietrza.

Urabialność - jest to zdolność do szczelnego wypełniania formy z zachowaniem jednorodności składu mieszanki przy określonym sposobie jej zagęszczania. Im mniej pustek będzie zawierała mieszka betonowa w formie i im mniej pracy trzeba będzie włożyć, aby uzyskać wysoką jej szczelność, tym będzie ona bardziej korzystna.

Urabialność zależy od ilości i jakości zaprawy. Właściwy dobór ilości zaprawy wiąże się z przeznaczeniem mieszanki, a ściśle z kształtem wykonywanego elementu i ilością jego zbrojenia oraz intensywnością zagęszczenia. Im bardziej skutecznie zagęszczanie i bardziej masywny element, tym mniej zaprawy może być w mieszance betonowej.

Konsystencja - czyli stopień ciekłości zależy od wielkości sił tarcia wewnętrznych mieszanki na którą wywiera wpływ wielkość i struktura otoczek wodnych pokrywających ziarna cementy i kruszywa. Z cechą konsystencji zazwyczaj łączy się „grubość” otoczek wodnych, czyli wody zaadsorbowanej na powierzchni ziaren składników suchych. To zapotrzebowanie nazywamy wodożądnością.

Rodzaje konsystencji: wilgotna K-1 , gestoplastyczna K-2 , plastyczna K-3 , półciekła K-4 , ciekła K-5

Jednorodność - zdolność do zachowania jednorodnego składu w każdym punkcie mieszanki betonowej

Zawartość powietrza - objętość pęcherzyków powietrza w zagęszczonej mieszance z pominięciem powietrza w porach kruszywa.

Dobór uziarnienia kruszywa

Dobór optymalnego uziarnienia kruszywa ma zapewnić uzyskanie założonych właściwości betonu przy możliwie najmniejszym zużyciu cementu i wody. Pojęcie optymalnego uziarnienia kruszywa istnieje tylko dla konkretnych, założonych właściwości betonu np. zmiana założonego sposobu zagęszczenia może spowodować wybór innej krzywej uziarnienia. Bez względu na rodzaj kruszywa i jego właściwości przyjmuje się, ze optymalnym uziarnieniem kruszywa jest taki stos ziarnowy, który zapewni najmniejszą jego jamistość, przy możliwie jak najgrubszych ziarnach kruszywa. Im stos kruszywowy jest mniej jamisty, tym będzie mniejsze zużycie cementu do wypełnienia tych jam przez zaczyn

Warunek objętości absolutnych:

V= C/γ_c + k/γ_k + w

C - cement k - kruszywo w - woda

Woda zarobowa

• jest składnikiem aktywnym

• ok. 20% wody zarobowej wchodzi w reakcje chemiczne i wiąże z cementem

• pozostałe 80% wody zarobowej ma działanie fizyczne

• można stosować każdą wodę z wyjątkiem wód mineralnych

• 2 odmiany wody:

• do zaczynów, zapraw i betonów bazujących na spoiwie cementowym i cementwo-wapiennym

• do zaczynów, zapraw i betonów bazujących na spoiwach innych niż wyżej wymienione (wapienne, glinowe)

• wymagania wody zarobowej obejmują zasady ogólne i szczegółowe

• zasady ogólne: barwa, zapach, zawiesina, odczyn Ph

• zasady szczególne: badanie składników (siarkowodór, siarczany, cukry, chlorki,), trwałośc ogólna, sucha pozostałość

Projektowanie betonu

Jest to ustalenie poszczególnych jego składników w kg/m3. Przed przystąpieniem do projektowania betonu musimy uzyskać od projektanta konstrukcji betonowej nie tylko informację dotyczącą właściwości, jakie musi posiadać beton, ale również wymiary elementów i sposób rozmieszczenia stali w betonie. Podstawową właściwością betonu, na której opiera się projektowanie, jest klasa betonu. Ponadto musi być ustalona konsystencja mieszanki betonowej, maksymalna wielkość ziaren kruszywa, sposób zagęszczenia i warunki eksploatacji konstrukcji betonowych.

Mając te podstawowe informacje można przystąpić do projektowania betonu wg następujących czynności:

• doboru rodzaju składników

• określenia poszczególnych właściwości składników

• doboru odpowiedniego uziarnienia kruszywa

• ustalenia ilościowego składu mieszanki betonowej na 1 m3 dowolną metodą projektowania

• kontroli, czyli sprawdzenie czy beton posiada zaprojektowane właściwości

• ustaleniu składu roboczego mieszanki

Klasę cementu dobieramy ze względu na klasę betonu

Metoda 3 równań

1. Zakładamy klasę betonu

2. zakładamy konsystencję w zależności od zbrojenia, deskowania itp.

3. Zakładamy szczelność mieszanki betonowej

• warunek wytrzymałości: R = A₁(c/w - 0,5) c/w < 2,5

R = A₂(c/w + 0,5) c/w > 2,5

• warunek konsystencji: w = cw_c + kw_c [dm³]

• warunek objętości absolutnych V= C/γ_c + k/γ_k + w

Metoda prof. Kuczyńskiego (metoda iteracji)

Metoda polegająca na dobraniu takiego składu frakcji kruszywa, by otrzymać jak największą gęstość. Składa się z dwóch części:

• skomponowania kruszywa - aby jamistość była jak najmniejsza, czyli staramy się uzyskać jak największą gęstość pozorną

• szukamy optymalnego składu frakcji kruszywa

• dalej metodą analityczną - metoda 3 równań albo można dalej projektować metodą doświadczalną.

Klasa betonu

Wytrzymałości gwarantowane ujmuje się w klasy, przyjmując dolną granicę klasy betonu.

Wytrzymałość po czasie mniejszym niż 28 dni

n<28dni R=R_n+ a_n (R_n)^1/2 [Mpa]

a_n=0,177*(28-n)/( n-2 )^1/2

R_n- wytrzymałość po n dniach

Wytrzymałość po 28 dniach

n>28 dni (28<n≤90)

R= R_n/(1+α(n-28))

α= 0,004 - dla cementów hutniczych

0,002 - cement portlandzki 25,35

0,001 - cement portlandzki >35

XII. BETON ZWYKŁY

Beton zwykły jest to sztuczny kamień, który powstał z mieszanki betonowej w wyniku zakończonego procesu wiazania cementu. Zgodnie zpolską normą, beton zwykły to beton o gęstości powyżej 1,8 kg/dm³ (wg normy europejskiej 2,0 kg/dm³), wykonany z cementu, wody, kruszywa mineralnego o frakcjach piaskowych i grubszych oraz ewentualnych dodatków mineralnych i domieszek chemicznych.

Podstawowymi parametrami charakteryzującymi beton zwykły są:

• gestość objętościowa

• klasa betonu

W zależność od gęstości objętościowej dzielimy na:

• lekkie - do 2000 kg/dm³

• zwykłe - 1800 do 2600 kg/dm³

• ciężkie - powyżej 2600 kg/dm³

Wzór Bolomey'a

f_cm = A_1/2 (c/w +- 0,5) [MPa]

f_cm- jest to średnia wytrzymałość na ściskanie betonu, niezbędna dla uzyskania odpowiedniej wytrzymałości charakterystycznej f_ck

f_{cm =} f_ck + 6

f_{ck =} f_cm - 6

A₁ i A₂ - współczynniki zależne od rodzaju kruszywa grubego i od klasy wytrzymałościowej cementu.

Rs = 32,5 Mpa - dla naturalnych kruszyw

c/w < 2,5 to przyjmujemy A₁ oraz „-”

c/w > 2,5 to przyjmujemy A₂ oraz „+”

Jeżeli nasza wytrzymałośc jest mniejsza należy zwiększyć promień otulenia rf. Jeżeli ilość przekracza wielkość dopuszczalną to należy ją zmniejszyć i wykonać obliczenia jeszcze raz.

Wytrzymałość betonu na ściskanie:

Podstawowym czynnikiem zmian wytrzymałości wszystkich kompozytów cementowych jest stosunek wodno-cementowy (w/c). Zmiany te przyczyniają się do zmian porowatości i rozkładu wielkości porów zaczynu cementowego, wyniku czego zmienia się wytrzymałość betonu. Zmniejszenie w/c powoduje wzrost wytrzymałości betonu, natomiast zwiększenie wywołuje efekt odwrotny. Bardzo duży wpływ w/c na wytrzymałość betonu podkreśla fakt, ze wartość współczynnika w/c jest bezpośrednio uwzględniona jako warunek wytrzymałości na ściskanie przy projektowaniu składu mieszanki betonowej. Od strony jakości składników głównymi czynnikami wpływającymi na wytrzymałość betonu zwykłego jest klasa cementu i rodzaj kruszywa, w przypadku którego powszechnie rozróżnia się tylko kształt ziarna, pomijając skład mineralny.

Porowatość zaczynu i betonu

Stosunek w/c i stopień hydratacji są głównymi czynnikami wpływającymi na porowatość kapilarną kompozytów cementowych.

XIII. WYKONAWSTWO

Betonownie

W przypadku zapotrzebowania większej ilości betonu zaleca się jego produkowanie w betonowniach, Kruszywo dostarczane transportem samochodowym, kolejowym lub wodnym. Z wagonów rozładowywane za pomocą łopaty mechanicznej bezpośrednio do bunkrów umieszczonych wzdłuż toru kolejowego lub na przenośnik taśmowy, który podaje kruszywo na hałdy. Z barek kruszywo jest wybierane chwytakami. Powierzchnia placu składowego utwardzona, z odpływem wód opadowych. Każdy rodzaj kruszywa, klasa i frakcja musi leżeć na osobne hałdzie. Cement dowożony specjalnymi cementowozami . Dozowanie składników betonu za pomocą specjalnych dozowników, według recept opracowanych przez laboratorium betonowni, metodą objętościowo -wagową lub wagową. Mieszanie odbywa się w betoniarkach mieszadłowych.

Betonownie mają układ pionowy lub poziomy, w których w jednej części są zgrupowane zasobniki kruszywa i cementu, a w drugiej - betoniarki i odbiór mieszanki betonowej.

Mieszanka nawodniona jest dowożona na budowy betonomieszarkami. Przy większych odległościach dowozu do betonomieszarek samochodowych załadowuje się w betonowni suchą mieszankę i dopiero przed dojechaniem do placu budowy dodaję się wodę i miesza składniki.

Betoniarki:

Jeżeli jest potrzebna mała niewielka ilość mieszanki betonowej to wytwarza się ją na placu budowy za pomocą betoniarek.Czas mieszania składników mieszanki betonowej zależy od jej konsystencji, ale nie może być krótszy niż 1 min.

Mieszanka betonowa wytworzona na placu budowy zazwyczaj przewożona jest taczkami. W pionie taczkę unosi dźwig towarowy lub osobowo-towarowy. Przy większych odległościach stosowane są wózki z napędem elektrycznym.

Na budowach, na których jest zainstalowany żuraw, mieszanka jest podawana w specjalnych pojemnikach podwieszonych do haka żurawia.

Obecnie bardzo często mieszankę betonową podaje się za pomocą pomp do mieszanki betonowej, wykorzystując rurociąg składający się z prostych odcinków długości od 0,5 m do 3 m i kolan o różnym kącie nachylenia..

Transport mieszanki betonowej:

1. Przenośniki taśmowe

• wymagają zadaszenia

• stosuje się do długości 100 m

• parowanie wody w słoneczne dni

• konsystencja plastyczna

• transport w górę i w dół pod pewnym katem

2. Pompy

• pompy o działaniu mechanicznym, hydraulicznym oraz rotacyjnym

Transport zewnętrzny → Magazyn surowców → Transport wewnętrzny → Dozowniki → Węzeł betoniarski → transport mieszanki betonowej → układanie, stabilizacja, zbrojenie → Układanie mieszanki betonowej → Zagęszczanie mieszanki betonowej → Pielęgnacja betonu → rozformowanie elementu

Układanie mieszanki betonowej:

Stosuję się 3 sposoby układania mieszanki warstwami:

• poziomymi warstwami ciągłymi na całej powierzchni całego elementu, ten sposób stosuję się przy betonowaniu niezbyt dużych powierzchni, w celu zapewnienia jednorodności betonu każda kolejna warstwa musi być ułożona przed rozpoczęciem wiązania poprzedniej warstwy.

• Poziomymi warstwami ze stopniowaniem, ten sposób stosuje się przy dużych powierzchniach betonowania i stosunkowo niewielkiej grubości, gdy układanie pełnymi warstwami jest niemożliwe z uwagi na długi okres jego betonowania, warstwy układa się w ten sposób, że położone poniżej wykonuje się z wyprzedzeniem 2-3 m w stosunku do położonych wyżej

• Warstwami pochyłymi o nachyleniu 1:3, element betonuje się na ogół na całą jego wysokość

Wibrowanie mieszanki betonowej

Ułożona mieszanka betonowa powinna być zagęszczona za pomocą odpowiednich urządzeń mechanicznych: wibratorów wgłębinowych, powierzchniowych, przyczepnych, prętowych.

Rodzaje wibratorów:

1. Wibratory bezpośrednie - w przypadku wibratorów wgłębnych drgania są przekazywane przez buławę zatapianą w mieszance betonowej, połączonym z miękkim wałem oraz silnikiem elektrycznym. Ponieważ drgania ulegają tłumieniu w mieszance. Trzeba tak przesuwać buławę, aby poszczególne pola oddziaływania wibratora zachodziły na siebie.

2. Wibratory pośrednie - cienkie elementy pionowe do grubości 25 cm zagęszcza się wibratorami przyczepnymi, przymocowanymi np. do jarzma deskowania słupa stężeń deskowania ścian. Oś wirnika powinna być pionowa.

3. Wibratory powierzchniowe - Cienkie elementy poziome zagęszcza się wibratorem powierzchniowym, który przesuwa się po powierzchni elementu.

4. Wibratory objętościowe - stosowane w prefabrykacji, nośność nawet do 20 ton

Odpowietrzanie: jest jednym ze sposobów zagęszczania mieszanki betonowej, możemy usunąć 10-40% powietrza i wody zarobowej, polega na wytworzeniu różnicy ciśnień na powierzchni betonu w czasie jego zagęszczania, na powierzchnię świeżej mieszanki betonowej układamy kołpaki, odpowietrzone betony mają duże wytrzymałości wczesne: po 2 dniach osiagają 30- 40 % wytrzymałości 28 dniowej, nasiąkliwość maleje, mrozoodporność polepsza się

Wirowanie: stosowane przede wszystkim przy produkcji rur (długość: 2-20m , ∅ 0,2-2 m), cały proces odbywa się w różnego typu wirówkach, obroty uzależnione są od średnicy rury, mieszankę wprowadzamy do wirującej maszyny (600-800 obrotów), w czasie wirowania następuje pewna segregacja mieszanki betonowej

Beton natryskowy (TORKET)

• nakładanie betonu za pomocą torketnic polega na nadaniu cząstkom mieszanki betonowej takiej energii kinematycznej, że padając na powierzchnię przylepia się tworząc powłokę betonową

• dobra przyczepność do wszystkich powierzchni

• mamy dwie grupy torkretnic

Metoda sucha:

• urządzenie składa się z: zasypnik, powietrze pod ciśnieniem, cylinder obrotowy, mieszadło, wąż gumowy, regulator ilości wody oraz dyszy

• początkowo mieszanka się odbija: 20-30%torketu odbija się

• najpierw przyczepia się zaczyn

• ilość wody musi być regulowana - bardzo ważna sprawa

• betoniarka → środek transport → torkretnice → rurociąg tłoczony → dysza ← woda

↑

sprzężone powietrze

• poziom 400-500 m

• przed ułożeniem warstwy torketu nawilżamy powierzchnię

Metoda mokra:

• do zasypnika podawana jest mieszanka betonowa przygotowana wcześniej w betoniarce

• również mamy narzut poczatkowy (70-80%)

Układanie mieszanki betonowej pod wodą

• mieszanka betonowa musi być ułożona tak, aby był jak najmniejszy kontakt z wodą

• układamy kilka warstw

• pod nimi znajduje się warstwa, która nie miała kontaktu z wodą

• warstwy betonu, które miały kontakt z wodą można zostawić lub w elementach konstrukcyjnych skuć

• układanie mieszanki odbywa się przy pomocy pojemników i pomp

Metoda Contraktor:

• mieszanka betonowa podawana jest przy pomocy rury ∅45 cm

• mieszankę podajemy pod wcześniej położoną warstwą

• rura wykonana jest ze stali, którą ustawiamy na dnie

• kruszywo nie większe niż ¼ średnicy rury

• mieszanka na granicy półciekłej i plastycznej

Prace betonowe w obniżonych temperaturach

• obniżona temperatura to temp. poniżej 10°C (obliczona jako średnia dobowa)

• działanie chłodu powoduje przedłużenie czasu wiązania i zwolnienie procesu twardnienia (bardzo małe przyrosty wytrzymałości)

Temperatura krytyczna - jest to temperatura, w której zamarza 50% wody w porach. Wpływ mają wiatry, śniegi oraz deszcze.

Metody przeciwdziałania:

1.Modyfikacja mieszanki betonowej: polega na modyfikacji składu, cement powinien być: wyższych marek,.domieszki, kruszywo powinno mieć nasiąkliwość do 2%, zawierać małe ilości frakcji pylastej, zawierać małe ilości wody (woda zamarza i rozsadza beton)

2.Podgrzewanie mieszanki betonowej:

3.Metoda zachowania ciepła: beton należy tak przykryć, aby była jak najmniejsza ucieczka ciepła (maty, płyty) jest to tzw. metoda termosu, stosuje się maty szklanej folii, maty słomiane lub zwykłe deskowanie

4.Metoda cieplaków : stosowanie powłok pneumatycznych, cieplak jest to pomieszczenie zamknięte, izolowane, w którym wykonujemy element

Pielęgnacja mieszanki betonowej:

Metody utrzymywania wilgoci: polewamy rozproszonym strumieniem wody, przykrywanie betonu matami utrzymującymi wilgotność, stosowanie preparatów, które zapobiegają , przykrywanie materiałami utrzymującymi wilgotność (maty z wełny szklanej): przykrywamy beton i polewamy wodą

Pielęgnacja:, polewanie rozpoczynamy po 24h od momentu ułożenia mieszanki, gdy temperatura jest poniżej 15°C wystarczy stosować raczej środki zapobiegające parowaniu, beton na cemencie portlandzkim min. 7 dni, na cemencie hutniczym 14 dni, na cemencie glinowym przez 3 dni

---