Rodzaje i właściwości kruszyw budowlanych używanych do produkcji betonu zwykłego

KRUSZYWO BUDOWLANE jest to materiał ziarnisty pochodzenia mineralnego lub sztucznego,

stosowany do przygotowania zaprawy i betonów. Kruszywo stanowi 70 - 75% objętości betonu i w związku z tym ma poważny wpływ na jego jakość. Wybór rodzaju i jakości kruszywa ma dominujące znaczenie dla jakości betonu, a w szczególności wpływa na zużycie cementu do mieszanki betonowej, urabialność, wytrzymałość i trwałość betonu zwłaszcza narażonego na działanie agresywnych środowisk.

PODZIAŁ KRUSZYW:

Do betonów zwykłych używa się kamiennych kruszyw mineralnych o gęstości pozornej 1800-3100 kg/m³, które w zależności od pochodzenia dzieli się na:

1. kruszywa naturalne; powstałe w wyniku naturalnego rozdrobnienia skał na skutek wietrzenia i działania wody lub toczenia w rzekach. Do kruszywa tego zalicza się również tłuczeń żwirowy powstały w wyniku przekruszenia kruszywa z dużych otoczaków kamiennych, większych od założonego największego wymiaru ziaren kruszywa.

2. kruszywa łamane, powstałe w wyniku przekruszenia naturalnych (skalnych) materiałów kamiennych.

Ze względu na wymiary ziaren kruszywo dzieli się na:

1. drobne do 5mm, przy czym kruszywo naturalne do 2,5mm stanowi piasek

2. grube 5-80mm

3. mieszanki, które zależnie od stosunku zawartości kruszywa drobnego do grubego dzieli się na:

-piaskowo-żwirowe (pospółki) zawierające nie więcej niż 60% kruszywa drobnego

-żwirowo-piaskowe lub z tłucznia żwirowego i piasku przy ograniczeniu zawartości kruszywa drobnego

Podział ze względu na skład mineralogiczny jest szczególnie istotny dla kamiennego kruszywa łamanego i w zakresie normalizacji kruszyw rozróżnia się dwie grupy:

1. kruszywo łamane z wapieni, marmurów i dolomitów

2. kruszywo łamane ze skał magmowych do betonów wyższych klas (powyżej B250)

Kruszywa przydatne do betonu zwykłego powinny być:

1. czyste, czyli wolne od zanieczyszczeń, gliny i innych pyłów mineralnych oraz szkodliwych domieszek chemicznych

2. twarde, czyli odporne na ścieranie i odkształcenia powierzchni, co jest szczególnie ważne dla betonów narażonych na ścieranie na nawierzchniach drogowych itp.

3. wytrzymałe, tzn. zdolne przenieść wymagane obciążenie

4. trwałe przy możliwości zamarzania i zawilgocenia, w środowisku agresywnym, wodnym, gruntowym lub gdy są narażone na wpływy atmosferyczne

5. o odpowiednim uziarnieniu, czyli o wymaganym stosunku poszczególnych frakcji

RODZAJE KRUSZYW:

1. kruszywa mineralne (naturalne i łamane):

- piasek do zapraw budowlanych - do zapraw murarskich, tynkarskich i betonów;

odmiana I - ziarna do 2mm

odmiana II - ziarna do 1mm

• piasek do betonu zwykłego - piasek wyższej jakości niż w/w stosowany do konstrukcji betonowych i żelbetowych wyższych klas

• żwir do betonu zwykłego - ziarna 2-63mm

marki: 10, 20, 40

stosowany do betonów konstrukcyjnych wyższych klas

• pospółki do betonu zwykłego - mieszanina piasku i żwiru

ziarna 0-63mm

2. kruszywa sztuczne:

• keramzyt - otrzymywany z wypalenia

surowców ilastych

frakcje: 0-2,5; 2,5-5; 5-10; 10-20; 20-40

klasy: 200, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000

stosowany do produkcji lekkich betonów zbrojonych i nie zbrojonych

• glinoporyt - wytwarza się ze spiekania glin z paliwem technologicznym

frakcje: 0-5, 5-10, 10-20, 20-40

klasy: 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100

stosowany jako lekkie kruszywo do produkcji betonów

• żużel paleniskowy - powstaje ze spalania węgla kamiennego i brunatnego

frakcje: 0-4, 4-10, 10-20, 20-40

stosowany do produkcji betonów pustaków, jako zasypka ocieplająca

• żużel wielkopiecowy - powstaje z rozdrobnienia żużlu z wytopu surówki;

stosowany do wypełniania lekkich betonów i zapraw, do betonów zwykłych, zbrojeniowych, jamistych.

WŁAŚCIWOŚCI:

• gęstość objętościowa - masa 1m³ kruszywa luźno usypanego

• wytrzymałość na ściskanie - zależna od rodzaju kruszywa i jakości oraz kształtu ziaren

• uziarnienie - dobranie proporcji ziaren pod względem ich wielkości

• czystość kruszywa - zanieczyszczenia w postaci pyłów, glin, iłów pochodzenia organicznego i chemicznego

• zachowanie stałej objętości

• Podstawowe badania laboratoryjne cech kruszyw budowlanych

Dla poszczególnych rodzajów kruszyw wymaga się przeprowadzenia badań technicznych cech kruszyw:

1. oznaczanie gęstości nasypowej -przeprowadza się w stanie powietrzno-suchym. Przeprowadza się ją w cylindrze stalowym, objętość próbki jest 3-krotnie większa od objętości cylindra. Próbkę zagęszcza się za pomocą wibratora skolinowego

2. oznaczenie zawartości zanieczyszczeń obcych w kruszywie - z wydzielonej próbki wybiera się ciała obce i waży z dokładnością do 10g, następnie oblicza się procent w stosunku do próbki wydzielonej

3. oznaczanie składu ziarnowego wysuszone kruszywo o znanej masie przesiewa się przez sito o mniejszych otworach kwadratowych i większych otworach okrągłych

wymiary otworów okrągłych: 0,12, 0,25, 0,5, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 48, 64

wymiary otworów kwadratowych: 5, 10, 20, 40, 60, 80

Udział masy danej frakcji w stosunku do masy próbki ustala się w procentach, a wyniki oznaczeń zapisuje się w układzie tabelarycznym.

Wzór na oznaczanie różnoziarnistości:

4. oznaczanie wilgotności kruszywa - wilgotność kruszywa oblicz się ze wzoru:

5. oznaczanie nasiąkliwości kruszywa - nasiąkliwość kruszywa oblicz się ze wzoru:

6. badanie odporności na działanie mrozu - poddawanie nasyconej

wodą próbki kruszywa zamrażaniu

w temperaturze -20^oC w ciągu 1 godziny i odmrażaniu w wodzie o temperaturze 18-20^oC w czasie nie krótszym niż 8 godzin

Miarą jest ubytek masy.

7. oznaczanie cech wytrzymałościowych (dla kruszyw grupy frakcji 5<40mm) - próbki kruszyw

kolejnych frakcji wsypuje się do cylindra stalowego do połowy jego wysokości i zagęszcza każdą frakcję po 30s (przez wibrowanie). Następnie cylinder z kruszywem i tłokiem umieszcza się między płytami dociskowymi prasy i zgniata tak, aby tłok zagłębił się do 2mm. Używa się przy tym wzoru:

2. Projektowanie mieszanek kruszyw do produkcji betonu zwykłego

Na wstępie należy przewidzieć rodzaj konsystencji mieszanki betonowej. Procentowy udział frakcji piaskowej (do 2mm) powinien zgodnie z normą PN-75/B-06250 wynosić 25-50%. Przyjmuje się kilka próbnych mieszanek kruszywa o zawartościach piasku 25%, 35%, 50% i sporządza się mieszanki kruszywa o takich zawartościach piasku. Masa każdej mieszanki wynosi 10kg. Oznacza się laboratoryjnie gęstość nasypową każdej z mieszanek oraz gęstość ziaren kruszyw w mieszance. Oblicz się następnie jamistość każdej z mieszanek kruszywa i ich wodożędność. Następnie sumuje się wartość jamistości i wodożędności. Optymalny skład skurczowy ma taka mieszanka, w której suma jamistości i wodożędności ma najmniejszą wartość.

Stosowane są też metody dobierania kruszyw w oparciu o wskaźniki uziarnienia, np. dla frakcji kruszyw 0-90mm, 0-20mm, 0-2mm stosowane są wzory:

1. kruszywo 0-90mm K₁ + K₂ + K₃ = 100%

2. kruszywo 0-2mm P_p^k1 * K1 + P_p^K2 * K2 + P_p^K3 * K3 = P_p^MK

3. kruszywo 0-20mm F^K1_0-20 * K1 + F^K2_0-20 * K2 + F^K3_0-20 * K3 = F^MK_0-20

Na 1m³ betonu przewiduje się około 1800kg mieszanki kruszyw.

W przypadku stosowania gotowych mieszanek kruszywa, zarówno żwirowo-piaskowych i tłucznia żwirowego z piaskiem, jak i piaskowo-żwirowych o nieznanej zmienności zawartości frakcji drobnych (2mm), ilości cementu w mieszance betonowej może być zwiększona o 10% w stosunku do ilości cementu w betonie zaprojektowanym przy założeniu średniej zawartości kruszywa drobnego w mieszance kruszywa. Taką samą nadwyżkę cementu o 10% można stosować, gdy zawartość piasku w całym kruszywie w stosunku do zawartości przewidzianej w projekcie mieszanki betonowej jest większa niż 5% wartości bezwzględnej dla przynajmniej jednego z 10 pomiarów wykonanych w czasie pierwszej zmiany roboczej od chwili rozpoczęcia produkcji mieszanki betonowej.

Beton zwykły powinien być wykonany z kruszywa, w którym największe ziarna są większe od 5mm. Beton z kruszywa o uziarnieniu poniżej 5mm nie jest betonem, lecz jest to zaprawa lub beton piaskowy.

Z uziarnieniem kruszywa wiąże się również ustalenie wymiaru największych dopuszczalnych ziaren kruszywa dla danych wymiarów i rodzaju konstrukcji. Największe ziarna kruszywa stosowanego dla betonu przeznaczonego do konstrukcji betonowych powinny przechodzić przez sito o otworach 80mm. Natomiast dla konstrukcji żelbetowych należy stosować kruszywo przechodzące przez sito o otworach 40mm. Jednocześnie największe ziarna kruszywa nie powinny być większe niż:

• 2/3 odległości w świetle między dwoma prętami leżącymi w jednej płaszczyźnie poziomej

• 2 odległości w świetle między dwoma sąsiednimi prętami leżącymi w jednej płaszczyźnie pionowej.

Przy najmniejszym wymiarze przekroju poprzecznego co najmniej 50cm oraz przy najmniejszej odległości między prętami zbrojenia co najmniej 10cm dopuszcza się stosowanie kruszywa o ziarnach do80mm.

Dla konstrukcji cienkościennych, tj. cieńszych od 10cm, należy stosować kruszywo o ziarnach nie większych niż:

• 1/3 najmniejszego wymiaru przekroju poprzecznego elementu, jeżeli wymiar ten jest większy niż 6cm

• ½ najmniejszego wymiaru przekroju poprzecznego elementu i ¾ rozstawu prętów zbrojenia przy najmniejszym wymiarze przekroju poprzecznego nie większym niż 6cm.

Dopuszcza się stosowanie większych ziaren kruszywa przy wykonywaniu elementów prefabrykowanych i konstrukcji sprężonych, a nawet monolitycznych, pod warunkiem doświadczalnego potwierdzenia odpowiedniej urabialności mieszanki betonowej i jej zagęszczania bez porów i kawern. W tych przypadkach największe ziarna kruszywa nie powinny być większe niż 0,8 odległości między dwoma prętami leżącymi w jednej płaszczyźnie poziomej.

Użycie największego dopuszczalnego wymiaru ziaren kruszywa jest korzystne, gdyż pozwala m. in. na zmniejszenie ilości cementu i wody, a beton wykazuje mniejszy skurcz.

3. Rodzaje i właściwości cementu

Cementy używane do produkcji betonu są spoiwami hydraulicznymi, czyli mogą wiązać i twardnieć zarówno na powietrzu jak i pod wodą, co wynika z zawartości związków hydraulicznych w cemencie. D betonów zwykłych stosuje się cement portlandzki i hutniczy.

Cement portlandzki jest bardzo drobno zmielonym klinkierem cementowym z dodatkiem 2-3% gipsu stabilizującego wiązanie. Cement składa się z minerałów krystalicznych, otrzymanych w sposób sztuczny w czasie wypalania cementu, czyli uzyskania klinkieru cementowego (wypieku) z surowców podstawowych, którymi są wapień dostarczający głównie wapnia (CaO) i glina dostarczająca krzemionki (SiO₂) i glinianów (Al₂O₃). Mieszanka surowców powinna zapewniać odpowiednie proporcje składników, tj. zwykle 72-78% wapnia i 22-28%plastycznej gliny. Gęstość każdego cementu wynosi 3,10-3,20 g/cm³. Gęstość nasypowa jest zmienna w zależności od stopnia zagęszczenia i wynosi 1,1-1,9g/cm³.

Właściwości cementu portlandzkiego i ich wpływ na cechy betonu zależą od składu chemiczno-mineralogicznego oraz stopnia zmielenia (miałkości).

Pod względem chemicznym cement charakteryzuje się przez procentową zawartość tlenków:

nazwa wzór chemiczny średnia zawartość masy w %

tlenek wapniowy CaO 63

krzemionka SiO₂ 22

tlenek glinowy Al₂O₃ 7

tlenek żelazowy Fe₂O₃ 3

tlenek magnezowy MgO 2

trójtlenek siarki SO₃ 2

inne Na₂O + K₂O 1

Dobry cement nie powinien wykazać większej straty po wyżarzeniu niż 2%. Większa strata masy cementu w czasie wyżarzenia wskazuje na zwiększoną hydratację i karbonizację cementu (zwietrzenie) w czsie składowania.

Skład mineralogiczny cementu portlandzkiego:

nazwa materiału skrócony wz. chemiczny średnia zawartość masy w %

krzemian trójwapniowy C₃S 56

krzemian dwuwapniowy C₂S 22

glinian trójwapniowy C₃A 10

żelazoglinian trójwapniowy C₄AF 9

wolne wapno --- 1

Podany wyżej skład mineralogiczny jest bardzo ważnym wskaźnikiem charakteryzującym przydatność cementu do poszczególnych konstrukcji budowlanych. Zawartość poszczególnych składników cementu pozostaje w ścisłym wzajemnym związku. Przykładowo można podać, że nawet nieznaczny wzrost ilości wapnia w surowcu powoduje wzrost zawartości C₃S i obniżkę C₂S, a jednocześnie C₃S + C₂S = 70-75%.

Nadmierna zawartość wolnego CaO może opóźnić hydratację cementu i spowodować zniszczenie betonu. Pomijając wpływ składu cementu i na odporność betonu w środowisku agresywnym, należy zwrócić uwagę na wpływ C₃A. Powoduje on trzy zjawiska: wzrost ilości wydzielanego ciepła w czasie w czasie wiązania, obniżenie końcowej wytrzymałości betonu oraz przyspieszenie wiązania, co również nie zawsze jest zbyt korzystne.

Cementy portlandzkie można podzielić na zwykłe, szybkotwardniejące (marki 45, 55), super (40, 50), oraz białe (25, 35).

Rodzaj cementu określa marka oraz odmienne właściwości, które mają cementy zależnie od składu mineralogicznego, dodatków i stopnia rozdrobnienia. Marka cementu jest to podział ze względu na wytrzymałość na ściskanie np. 25 - po 28 dniach dojrzewania, wytrzymałość 25 MPa. Marka cementu jest obecnie pojęciem umownym, w związku ze zmianą sposobu oznaczenia wytrzymałości cementu. Normalna zaprawa ze zwykłych cementów portlandzkich po 3 dniach twardnienia uzyskuje ok. 40% wytrzymałości na ściskanie w stosunku do wytrzymałości po 28 dniach. Cementy szybkotwardniejące po 3 dniach uzyskują do 70% wytrzymałości po 28 dniach twardnienia. Ponieważ są one wyższej marki, a zatem 3-7 dniach twardnienia otrzymuje się wytrzymałość równorzędną jak dla normalnego cementu portlandzkiego. Najistotniejsza cecha cementów szybkotwardniejących to wysoka wytrzymałość betonów w pierwszych dniach dojrzewania. Jednocześnie charakteryzują się one wysokim ciepłem hydratacji, do 420 J/g po 3 dniach i znacznie większym skurczem niż cementy portlandzkie niższych marek. Cement biały charakteryzuje się białą barwą, którą uzyskuje się przez ograniczenie zawartości żelazo-glinianu trójwapniowego i odpowiedni sposób produkcji.

Cement hutniczy (marka 15); cement ten produkuje się z zasadowego , granulowanego żużla wielkopiecowego, zmieszanego z klinkierem cementu portlandzkiego i dodatkiem gipsu. Cement hutniczy jest spoiwem hydraulicznym i ma podobne właściwości jak cement portlandzki, choć wykazuje znacznie wolniejszy przyrost wytrzymałości. Cement ten jest niskokaloryczny, a ilość wydzielanego ciepła wynosi ok. 60% ilości ciepła wydzielanego w czasie hydratacji cementu portlandzkiego. Ze względu na mniejsza zawartość związków wapnia cement ten jest nieco odporniejszy na umiarkowane działanie agresywnych środowisk (morskich, bagiennych).

Inne cementy to:

• murarski (marka 15) - zaprawy murarskie i tynkarskie, do produkcji gruzobetonu, żużlobetonu;

• pucolanowy (marki 25, 35)-stosowany w budownictwie wodno-inżynieryjnym, do fundamentowania w ośrodkach zawierających agresywne wody siarczanowe, do betonu komórkowego;

• glinowy;

• ekspansywny,

KINETYKA WIĄZANIA- po zarobieniu cementu

wodą,cząstki cementu zostają otoczone powłoczką

wodną i rozpuszczają się częściowo w wodzie. Na

skutek reakcji chemicznej między cementem i wodą

powstają nowe związki. Nowo powstałe związki

koloidalne z czasem zagęszczają się, odwodniają się,

przekrystalizowują się i tworzą zwartą masę.

3CaO * SiO2 + nH2O › 2CaO * SiO2 * mH2O + Ca(OH)2

HYDRATACJA (uwodnienie)-przyłączenie cząstek

wody bez rozkładu substancji;

3CaO * Al₂O₃ + 6H₂O → 3CaO * Al₂O₃ * 6H₂O

3CaO * Al₂O₃ + 3CaSO₄ + 31H₂O → 3CaO *

Al₂O₆ * 3CaSO₄ * 31H₂O

MINERAŁY CEMENTU:

alit (3CaO * SiO₂) - zawartość w klinkierze 50-65%

belit (2CaO * SiO₂) - zawartość w klinkierze 15-25%

brownmilleryt (4Ca * Al₂O₃)

2CaO * Fe₂O₃

CaO - zawartość w klinkierze 1%

MgO - zawartość w klinkierze do 9%

CZAS WIĄZANIA:

Podczas kontaktu cementu z wodą rozpoczynają się reakcje chemiczne, doprowadzające do powstawania nowego związku o odmiennych właściwościach chemicznych i fizycznych niż pierwotnie.

Czas od zarobienia cementu wodą do osiągnięcia pewnej ściśle określonej wytrzymałości przez mieszanie cementu i wody nazywa się czasem wiązania.

Czas wiązania ma dwa bardzo ważne okresy: początek wiązania i koniec wiązania. Po okresie, w którym stwierdza się koniec wiązania, następuje twardnienie tworzywa cementowego, czyli dalsze zwiększanie jego wytrzymałości spowodowane dalszą hydratacją ziarn cementu.

4. Zaprawy cementowe: rodzaje, właściwości i projektowanie

ZAPRAWA CEMENTOWA-jest to mieszanina cementu, piasku i wody w odpowiednich proporcjach

cechy:

duża wytrzymałość na ściskanie,

dobra przyczepność,

mała plastyczność,

źle się urabia i formuje,

marki: 1,5 3 5 8 10 12

zastosowanie:

silnie obciążone elewacje budynku,

cienkie ściany działowe,

wyprawy wodoodporne,

ZAPRAWA CEMENTOWO-WAPIENNA - jest mieszaniną cementu, wapna, drobnego kruszywa, wody;

dodatki: wapno sucho gaszone,

ciasto wapienne,

wapno niegaszone

cechy:

łatwo urabialna,

szybko twardnieje,

osiąga znaczną wytrzymałość,

lepsze właściwości ciepłochronne,

marki: 0,8 1,5 3 5

zastosowanie:

murowanie ścian zewnętrznych,

tynki zewnętrzne i wewnętrzne,

miejsca narażone na zawilgocenie,

ZAPRAWA CEMENTOWO-GLINIANA - mieszanina cementu, wody i gliny;

cechy:

wodoszczelność

bardzo plastyczna i urabialna,

duża przyczepność,

dobre właściwości ciepłochronne,

zastosowanie: izolacja pionowa ścian piwnicznych, tynkowanie ścian od zewnątrz, murowanie fundamentów i ścian, wodoszczelne zbiorniki na wodę (silosy, zbiorniki na obornik i gnojówkę, itp.)

SUCHE MIESZANKI DO TYNKÓW SZLACHETNYCH - mieszanina cementu, wapna hydratypowanego, mączki kamiennej, dodatków barwiących;

Rodzaje:

do nakrapiania,

do cyklinowania,

do szlifowania,

do obróbki kamieniarskiej,

PROJEKTOWANIE:

Zakłada się wytrzymałość zaprawy na ściskanie zależnie od potrzeby konstrukcji budowlanej

Rz = Rc (1/n - 0,05) + 4

n-stosunek objętości piasku do cementu w stanie luźno usypanym

Rc-marka cementu użytego

Stąd wyznacza się wartości

P

n = ----

C

C = 1200kg/m³

Zakłada się (z przybliżeniem) , że na 1m³ zaprawy trzeba 1m³ suczego piasku i stąd:

1

n = ----

C

dobór marki cementu

ΔRz ≤ Rc ≤ 5 Rz

Dodatek ciasta wapiennego (by zwiększyć urabialność) w przybliżeniu:

D = 170 (1-0,002 C) dm³/m³

C = 1200 kg/m³

Z tych ilości składników sporządza się próbny zarób. Mierzy objętość i ustala ilość składników potrzebnych na 1m³ zaprawy.

Zaprawy budowlane są celowo przyrządzanymi, mniej lub więcej upłynnionymi mieszaninami materiałów wypełniających i spoiw; cechą istotną zapraw jest stopniowe przetwarzanie się ze stanu ciekłego o mniejszej lub większej plastyczności w wytrzymałe ciało stałe, nadające się dzięki swym właściwościom:

1. do spajania brył budowlanych (kamieni, cegły, płyt, itp.) i zapełniania przestrzeni między poszczegó-

lnymi bryłami;

2. do wykonywania warstw o specjalnym przeznaczeniu (wyprawy, gładź, izolacje);

3. do formowania niektórych części budowli (gzymsy, ozdoby, bloki ścienne, ścianki działowe)

Materiałami wypełniającymi zaprawy są kruszywa kamienne, a w szczególnych przypadkach drobne żużle, trociny, opiłki, itp.

Zaprawy powinny się cechować należytą urabialnością przy stosowaniu, a po stwardnieniu odpowiednią do przeznaczenia wytrzymałością i trwałością. Ponadto koniecznym warunkiem właściwej do danego celu zaprawy jest jej ekonomiczne zaprojektowanie i przygotowanie.

Przygotowanie i właściwości zapraw cementowych - mieszanie ręczne:

Piasek użyty do mieszania ręcznego z cementem powinien być odpowiednio suchy, gdyż piasek mokry daje grudki, które trudno zmieszać z cementem. Woda znajdująca się w piasku powoduje tworzenie oddzielnych bryłek cementu, a prócz tego pierwsze ziarna piasku, które zetknęły się z cementem tak grubo się nim powlekają, że dla następnych ziarn może cementu zabraknąć.

Przy ręcznym przygotowaniu najpierw miesza się piasek z cementem, a póżniej dodaje się wodę z takim wyliczeniem, żeby zaprawa nie zaczęła wiązać przed jej wyrobieniem. Mieszanie można wykonać w następujący sposób:

odmierzony piasek nasypuje się na pomoście z desek, na powierzchni betonu lub asfaltu, w postaci grzędy wys. 0,5m i szerokości 1m. Na wierzchu grzędy robi się wgłębienie podłużne, w które wsypuje się równą warstwą odmierzony cement. Dwóch ludzi ustawionych z obydwu stron zasypuje cement piaskiem za pomocą łopat, a następnie przerzuca łopatami piasek z cementem. Przygotowana w ten sposób mieszanina zostaje zarobiona z wodą. Ilość wody używanej do zapraw cementowych nie powinna być za duża, ponieważ ze zwiększeniem ilości wody obniża się wytrzymałość, w każdym razie woda powinna być w takiej ilości, aby zapewnić zaprawie należytą urabialność odpowiednią do danych robót i aby nie zabrakło wody do wiązania zaprawy, na skutek jej wsiąkania w cegłę.

Wytrzymałość zapraw cementowych zależy od szeregu czynników:

1. wytrzymałości cementu;

2. stosunku wagowego wody w zaprawie do cementu;

3. stosunku cementu do piasku;

4. sposobu przyrządzenia zaprawy;

Przygotowanie i właściwości zapraw cementowo-wapiennych - ręczny sposób przygotowania zaprawy polega na tym, że do rozrobionego wodą ciasta wapiennego wsypuje się uprzednio przygotowaną mieszaninę cementu i piasku, po czym przerabia się starannie, aż do otrzymania jednolitej zaprawy. Jeżeli wapno gaszone jest w postaci proszku, to miesza się je na sucho z cementem i piaskiem, a potem dodaje się wodę.

Przy mechanicznym sposobie mieszania w zaprawiarce wskazane jest uprzednio rozcieńczyć ciasto wapienne, a następnie mieszać z cementem, piaskiem i potrzebną ilością wody. Czas mieszania w zaprawiarce przy użyciu czystego piasku 2-2,5 min., a przy użyciu piasku z domieszką gliny 3-3,5min.

Zaprawy cementowo-wapienne łączą w pewnej mierze cechy zapraw cementowych i wapiennych i są lepiej urabialne od cementowych, a bardziej wytrzymałe od wapiennych.

Dodanie wapna do zaprawy cementowej w rozmaity sposób wpływa na jej wytrzymałość:

1. w tłuściejszych zaprawach cementowych domieszka wapna w niewielkich ilościach zwiększa, a w znaczniejszych obniża wytrzymałość zaprawy. W zaprawach o proporcji objętościowej cement : piasek 1:3 do 1:4 - dodanie ciasta wapiennego w ilości 10-20% w stosunku do cementu podwyższa wytrzymałość do około 10%, natomiast dodanie ½ części ciasta już obniża wytrzymałość.

2. w chudych zaprawach cementowych domieszki ciasta wapiennego nawet w ilościach większych od np. 1cz. na 1cz. cementu wpływają dodatnio na wytrzymałość zaprawy.

Wartości wytrzymałości zapraw cementowo - wapiennych są zależne nie tylko od proporcji, lecz i od wielu innych czynników: od wytrzymałości składników, ilości wody, uziarnienia i od sposobu przygotowania.

Zaprawy z cementu glinowego. Zaprawy te mają zastosowanie w miejscach, gdzie chodzi o bardzo szybkie wykonanie robót, do podmurowania fundamentów, do budowli narażonych na działanie wód kwaśnych, do budowli morskich, do robót przy mrozie do -10^oC, a nawet -15^oC, pod warunkiem niedopuszczenia do zamarznięcia przed związaniem zaprawy.

Mieszanie cementu glinowego i piasku powinno być bardzo staranne i dokładne. Czas mieszania ze względu na dużą lepkość jest około 2 razy większy niż w zaprawach z cementem portlandzkim. Proporcje zapraw mogą być na ogół nieco chudsze niż przy cemencie portlandzkim (10-20% mniej cementu), ponieważ cement glinowy osiąga większą wytrzymałość.

Przy robotach, gdzie chodzi o wodoszczelność, należy jednak utrzymać te same proporcje co przy użyciu cementu portlandzkiego.

Zaprawy i betony nie powinny twardnieć w temperaturach wyższych od +25^oC. Wyprawy, a nawet mury, wymagają intensywnego polewania już od początku twardnienia, aż do ochłodzenia do temperatury otoczenia.

Nie należy stosować mieszaniny cementu glinowego z portlandzkim, powstaje bowiem z tego produkt szybko wiążący, w następstwie bardzo kruchy; zaprawa z mieszaniny cementu glinowego i portlandzkiego o stosunku 1:1 zaczyna wiązać już po kilku minutach. Te właściwości można wykorzystać, jeżeli chodzi o zatamowanie nagle ukazującej się wody.

Wyprawiać beton z cementu portlandzkiego można zaprawą z cementu glinowego dopiero po 14 dniach, beton zaś z cementu glinowego zaprawą z cementu portlandzkiego już po 2 dniach.

6.Mieszanka betonowa- skład, cechy, projektowanie

Mieszaninę wszystkich składników użytych do wykonania betonu, przed i po zagęszczeniu, lecz przed rozpoczęciem twardnienia, określa się jako MIESZANKĘ BETONOWĄ. Mieszanka betonowa powinna się odznaczać się takimi właściwościami, które pozwoliłyby na jej łatwe ułożenie w formach, przy zachowaniu jak największej ścisłości po ułożeniu. Zespół tych cech określa się jako „konsystencja i urabialność”.

SKŁAD mieszanki betonowej jest zależny od:

• wybranej konsystencji,

• pożądanej wytrzymałości betonu na ściskanie,

• zawartości frakcji poszczególnych kruszyw,

• dodatków do betonów,

CECHY:

• KONSYSTENCJA - podatność do przemieszczania się pod wpływem siły

Rozróżnia się konsystencje (wg PN-75/B-0625):

• wilgotną,

• gęsto-plastyczną,

• plastyczną,

• półciekłą,

• ciekłą,

Wybór konsystencji mieszanki ma wpływ na warunki transportowania, układania mieszanek, układania form.

W zależności od wzajemnego stosunku składników mieszanka betonowa w ocenie makroskopowej może mieć cechy i wygląd cieczy lub suchego stosu okruchowego. Między tymi skrajnymi stanami fizycznymi można wyodrębnić kilka stanów pośrednich.

Beton sypki po wyjęciu z betoniarki przedstawia masę zupełnie sypką i suchą, po zgnieceniu w dłoni nadal rozsypuje się nie pozostawiając śladu wilgoci, a po ubiciu tworzy masę zwartą, jednak kruchą i suchą.

Beton wilgotny z wyglądu podobny jest do betonu suchego, ale zgnieciony w dłoni już nie rozsypuje się, lecz - zbijając się w grudkę - pozostawia ślady wilgoci, a ubity poci się lekko, tworząc masę zawartą, wprawdzie suchą w mniejszym już stopniu, lecz podobnie jeszcze kruchą jak beton sypki.

Beton gęsto-plastyczny umieszczony w przenośniku wózkowym zatrzymuje nierówny nadawany mu kształt powierzchni, stanowiąc nie jednolitą masę złożoną z grud o różnej wielkości. W rękach daje ugniatać się jak glina, ubijany nie rozpryskuje się i nie rozsypuje, ubity tworzy masę sprężystą.

Beton plastyczny w przenośniku wózkowym zatrzymuje już tylko zarys nierównej powierzchni i ubijając nie daje się, gdyż chlupie i rozpryskuje się. W deskowaniu stanowi masę gęstą i miękką.

Beton półciekły układa się do poziomu. Można przelewać do z naczynia do naczynia, przy czym wypełnia je szczelnie dopiero po upływie pewnego czasu.

Beton ciekły ma charakter cieczy. Rozlewa się zatem i rozpryskuje, przelewany przybiera bezzwłocznie kształt naczynia, wypełniając dokładnie wszelkie naroża.

- URABIALNOŚĆ - stopień założonej konsystencji zależy od stosowanej przez wykonawcę techniki zagęszczania mieszanki betonowej oraz - w pewnym stopniu - od kształtu i wymiaru form, a także od gęstości zbrojenia. W zależności od tych czynników mieszanka betonowa będzie wymagała mniejszej lub większej energii do jej ścisłego zagęszczenia. Ilość energii potrzebnej do ścisłego wypełnienia formy mieszanką betonową zależy przede wszystkim od stopnia jej konsystencji. Tę właściwość mieszanki, zależną od ilości energii dla ścisłego jej zagęszczenia, określa się jako urabialność. Obrazowo można ją przedstawić wg Eymana wzorem:

S

U = ----

L

Gdzie S jest ścisłością mieszanki po jej ułożeniu, a L jest pracą potrzebną do zagęszczenia mieszanki do uzyskania tej ścisłości.

- ŚCISŁOŚĆ mieszanki betonowej lub jak najmniejsza jej porowatość po zagęszczeniu mają podstawowe znaczenie dla wszystkich właściwości stwardniałego betonu. Biorąc pod uwagę skład betonu przy danej urabialności zwiększenie porowatości może wystąpić przy niedostatecznej ilości zaczynu w stosunku do jamistości kruszywa lub zbyt małej ilości zaprawy w stosunku do kamieniwa.

W związku z przytoczonymi tu uwagami dobór urabialności powinien być przeprowadzony zgodnie z wymaganiami normy, zależnie od rodzaju konsystencji, granicznej średnicy maksymalnych ziarn oraz sposobu zagęszczania, przy zachowaniu warunku, aby ilość cementu i ziarn kruszywa poniżej 0,125mm nie była mniejsza od podanej tam wartości.

POROWATOŚĆ mieszanki betonowej zależy przede wszystkim od porowatości zaprawy wypełniającej jamy kruszywa. Porowatość nie powinna przekraczać:

• 0,006z, przy niestosowaniu dodatków napowietrzających,

• 0,010z, przy stosowaniu dodatków napowietrzających,

Wartość z oznacza ilość zaprawy z 1m³ betonu w jednostkach absolutnych. Wymaganie to odnosi się do betonów zbrojonych oraz nie zbrojonych, narażonych na działanie czynników atmosferycznych.

PODATNOŚĆ NA ZAGĘSZCZENIE - cecha określająca zmniejszanie objętości porów pod wpływem zagęszczania. Podatność na zagęszczanie jest zależna od konsystencji i od sposobu zagęszczania.

PROJEKTOWANIE - istnieje wiele metod projektowania mieszanek betonowych.

Przedstawiona przeze mnie metoda to „metoda zaczynu”

Znając założoną wartość umownej wytrzymałości betonu i wartość współczynnika A (PN-75/B-06250) oblicza się wartość liczbową:

C

---

W

Następnie ustal się skład mieszanki kruszywa, znając uziarnienie surowców oraz znając ustalony skład przygotowuje się do badań ok. 20kg mieszanki kruszyw i miesza się je z porcjami zaczynu cementowo-wodnego o stosunku C/D równym wartości wynikającej ze wzoru Boloneja. Po uzyskaniu odpowiedniej konsystencji mierzy się objętość mieszanki betonowej. Znając ilość składników można ustalić recepturę laboratoryjną na 1m³ betonu.

WZORY:

- Cement:

Cr

C = ----- * 100 V

Cr - ilość cementu w próbnej mieszance [kg]

- Woda:

Wr

W = ----- * 100

V

\Wr - woda w próbnej mieszance [dm³]

Kruszywo

Kr

K = ----- *100

V

Kr - kruszywo w próbnej mieszance [kg]

V - Objętość próbnej mieszanki

1. Wykonywanie robót betonowych i

pielęgnacja betonu w okresie obniżonych i podwyższonych temperatur.

Ze względu na warunki klimatyczne konieczne jest pielęgnowanie świeżego betonu.

• W OKRESIE OBNIŻONYCH TEMPERATUR - rozróżnia się temperaturę wytyczną tzn. taką przy której zamarza w betonie ok. 50% wody nie związanej. Temperatura krytyczna waha się w granicach 1-3^oC. W Polsce przyjmuje się, że temperatura krytyczna równa się -1^oC. Znajomość tej wartości jest ważna dlatego, że przy takiej temperaturze nie nie ulega uszkodzeniu beton bez względu na jego aktualną wytrzymałość, a ponadto postępuje proces wiązania cementu.

W założeniach programowych betonowania przyjmuje się, że w polskich warunkach okres zimowy trwa od 15 listopada do 15 marca.

Okres zimowy charakteryzuje się również większą ilością i wzmożoną siłą wiatrów oraz opadami deszczu i śniegu. Wiatr przyspiesza oziębienie mieszanek betonowych proporcjonalnie do iloczynu 0,4v, gdzie v szybkość wiatru w m*s^-1. Woda bez względu na pochodzenie prowadzi do rozmywania dojrzewającego betonu.

W rozważaniach na temat postępowania przy betonowaniu w okresie zimowym bierze się pod uwagę następujące fakty:

1. w okresie chłodu zwalnia się proces wiązania cementu, prawie dwukrotnie przy obniżeniu się temperatury o każde 10^oC.

2. w okresie mrozów, gdy temperatura betonu spadnie poniżej temperatury krytycznej, ustaje praktycznie proces wiązania.

3. stopień szkodliwości zamarznięcia wody w betonie zależy od stopnia dojrzałości betonu, co ma bezpośredni związek z ilością porów, jakie powstały w betonie w wyniku chemicznego wiązania wody i jej parowania z betonu. Stopień szkodliwości oznacza, o ile wytrzymałość 28-dniowa będzie niższa w wyniku okresowego zamarznięcia wody w betonie w porównaniu z wytrzymałością, jaką wykazałby ten beton dojrzewając cały czas w warunkach naturalnych lub laboratoryjnych.

Bez większej szkody dla wytrzymałości betonu można więc dopuścić do jego do jego zamarznięcia dopiero w momencie uzyskania tzw. odporności na zamrożenie, której w przypadku betonu zwykłego odpowiada określona wytrzymałość bezpieczna.

W środowisku krytycznej temperatury beton nie ulega uszkodzeniu bez względu na wytrzymałość, a procesy rozwijają się wolniej.

W celu obniżenia temperatury zamarzania wody stosuje się domieszki węglanu sodowego lub potasowego z preparatem Abiesod.

Roboty betoniarskie w zimie wykonuje się najczęściej dzięki modyfikacji mieszanki betonowej, zachowaniu ciepła, zastosowaniu cieplaków, podgrzewaniu.

Modyfikacje mieszanek polegają na stosowaniu cementów wyższych i cementów szybko twardniejących, projektowanie składu betonu o wyższej wytrzymałości, stosowanie mniej ciekłych konsystencji mieszanek, stosowanie domieszek (przyspieszających twardnienie, obniżających temperaturę zamarzania wody, napowietrzających, plastyfikujących), stosowanie gorących domieszek, nagrzewanie betonu.

• W OKRESIE PODWYŻSZONYCH TEMPERATUR - konieczne jest utrzymywanie betonu w stanie wilgotnym, uzupełnianie odparowującej powierzchniowo wody przez zwilżanie w czasie nie krótszym niż 7 dni - gdy zastosowano cement portlandzki i nie krótszym niż 14 dni gdy zastosowano cementy hutnicze. W okresie upałów zachodzi konieczność ochłodzenia świeżego betonu, zwłaszcza w maszynach betonowych, z wnętrza których trudno odprowadzić wytwarzające się ciepło.

Polewanie wodą świeżego betonu zapobiega pęknięciom i skurczom podczas szybkiego wysychania.

Można również stosować obiegi chłodnicze (bardzo kosztowne). Stosuje się też ochronę prowizoryczną okrywanie matami słomianymi, trzcinowymi, workami, itp.

1. Dodatki chemiczne do mieszanek betonowych.

Dodatki chemiczne do mieszanek betonowych służą do poprawienia właściwości mieszanek i betonów z nich wykonanych.

DODATKI PLASTYFIKUJĄCE:

• Klutan - uplastycznia mieszankę, zwiększa jej urabialność, ciekłość, ułatwia mieszanie i zagęszczanie,

zwiększa wytrzymałość na zginanie i ściskanie.

• Klutanit - j/w wydłuża czas wiązania cementu, pozwala zmniejszyć ilość wody zarobowej, zwiększa

wytrzymałość betonu.

• Upłynniacz SK-1 - zwiększa ciekłość mieszanki.

• Mixbet - uplastycznia mieszankę, ułatwia obróbkę cieplną betonów.

DODATKI NAPOWIETRZAJĄCE:

• Abiesod P1, 70 - uplastyczniają mieszankę, ułatwiają układanie i zagęszczanie, zmniejszają

nasiąkliwość betonu, zwiększają odporność na działanie mrozu, beton z domieszką

tych preparatów ma ok.3-5% porów powietrznych i jest zwany napowietrzonym.

DODATKI PRZECIWMROZOWE:

Umożliwiają produkcję betonu i roboty betoniarskie w zimie.

• Chlorek wapniowy - przyspiesza wiązanie i twardnienie, obniża temperaturę zamarzania wody.

• Azotyn sodowy - j/w

• Węglan potasowy - j/w

DODATKI OPÓŹNIAJĄCE TWARDNIENIE:

Retarbet (rozpuszczone w wodzie sole żelaza i wapnia) - stosowany w przypadkach konieczności ograniczenia przerw roboczych, betonowania dużych masywów w warunkach letniego i gorącego klimatu, w razie potrzeby dokładnego wiązania warstw betonu.

DODATKI PRZYSPIESZAJĄCE TWARDNIENIE:

Stosowane w celu natychmiastowego wywołania wiązania cementu, przyspieszenia okresu twardnienia bez wywołania natychmiastowego reagowania składników mieszanki.

Najczęściej stosowane są chlorki wapniowe, sodowe i potasowe. Przyczyniają się one do wzrostu wytrzymałości, lecz ułatwiają korozję stali zbrojeniowej. Stosuje się je przy betonowaniu podczas obniżonych temperatur, powodują zmniejszenie odporności betonu na działanie agresywnych siarczanów, zwiększoną wodoszczelność betonu i jego urabialność.

• Rapiobet - zwiększa wytrzymałość betonu,

przyspiesza twardnienie, nie wywołuje ujemnych skutków działania korozyjnego na stal.

• Aklelbet - j/w posiada właściwości

uplastycznające, umożliwia oszczędność cementu o10%.

• Hydrofix -wywołuje natychmistowe przyspieszenie wiązania.

• Hydrobet - uszczelnia beton, zwiększa

odporność na wpływy atmosferyczne i

wilgoć, stosowany do betonów narażonych na wodę i wilgoć

2. Projektowanie mieszanki betonowej betonu zwykłego metodą

próbnego zarobu.

1. PROJEKTOWANIE MIESZANKI KRUSZYW

Kruszywo 1 grys bazaltowy 2-8 Wilcza Góra

Kruszywo 2 grys bazaltowy 8-16 Wilcz Góra

1) 0-40mm K₁ + K₂ = 100

2) 0-2mm P_p^K1 * K₁ + P_p^K2 * K₂ = P_p^Mk 0K₁ + 0K₂ = 0

3) 0-20mm 1K₁ + 0,967 * K₂ = 98,35

K₁ 50,42%

K₂ 49,58%

2. WYTRZYMAŁOŚĆ UMOWNA BETONU

B-30 → B_b^G = 30 Mpa

R_b^U = R₂₈ - R

R_o^G

R_b^U = --------------- dla υ_R = 12% = 0,12

1 - 1,64 υ_R

30 30

R_b^U = ------------------- = ---------- = 37,35 MPa

1 - 1,64 * 0,12 0,8032

3. OBLICZENIE WYMAGANEGO WSKAŹNIKA C/W ZACZYNU CEMENTOWEGO

R_b^U R_b^U

C/W = ------- + 0,5 albo C/W = ------- - 0,5

A₁ A₂

CEM I 42,05 => A₁ = 23 A₂ = 15

37,35

C/W = -------- + 0,5 = 2,12

23

4. PRZYGOTOWANIE SKŁADU PRÓBNEGO ZAROBU

1

V_Z ≈ 10dm³ = ------ m³

100

M_k = 15kg z = 5kg

5. OKREŚLENIE PARAMETRÓW PRÓBNEGO ZAROBU

m_p*z = 20kg

1

Vp*z = ------

100

założona konsystencja: gęsto-plastyczna

1m³

n = ------------ = 100

1/100m³

C1m³ = n * C₂ = 100 * 3,39 = 339kg

K1m³ = 100 * 15kg =1500kg

6. OKREŚLENIE RECEPTURY LABORATORYJNEJ

K₁ 1500kg * 50,42% =756,3kg/m³ mieszanki betonu

K₂ 1500kg * 49,58% = 793,74kg/m³ mieszanki betonu

C 339kg/1m³ mieszanki betonu

W 161l/m³ mieszanki betonu

7. OKREŚLENIE RECEPTURY ROBOCZEJ

V_betoniarki = 0,75m³

K₁ 756,3kg * 0,75 = 567,22kg

K₂ 743,7kg * 0,75 = 557,77kg

C 339kg * 0,75 = 254kg

W 161l * 0,75 = 120l

10. Projektowanie zaprawy cementowej marki 75 [kG/cm²]

Dobór marki cementu:

4R_Z ≤ R_C ≤ 5R_Z R_Z - wytrzymałość na ściskanie

R_C - marka cementu

R_Z = 7,5MPa

R_C = 32,5MPa

CEM I 32,5

Stosunek piasku do objętości cementu w stanie luźno usypanym:

R_C 32,5

n = -------------------- = -------------------- = 4,54

R_Z + 0,05 - 0,4 7,5 + 0,05 - 0,4

Założenie:

na 1m³ zaprawy 1m³ suchego piasku

1

n = 4,51 => n = -----

c

• potrzebna ilość cementu

1m³ 1m³

V_C = ------- = ------- = 0,22 m³

n 4,51

• określenie wskaźnika C/W

C/W = 2,31

(CEM I 32,5) + kruszywo naturalne

V_W = 0,094m³

V_W = 94l

Skład zaprawy:

• 1m³ suchego piasku

• 0,22m³ cementu CEM I 32,5

• 0,094m³ wody

1

---