Politechnika Gdańska

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Technologia Betonu

by KMD ® 2005

[e-mail]

I. Spoiwa

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:

Skład chemiczny spoiw:

	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	Fe2O3	SO3
Wapno powietrzne	80-99	0-5	0-6	0-3	0,5-1	-
Gips półwodny	38					55
Cem. portlandzki	60-68	0,3-5	18-26	4-9	1-6	0,5-1
Cem. hutniczy	42-52	1-7	26-36	8-16	1-5	1,5-3,7
Cem. glinowy	30-45	0-1,5	3-1,5	35-48	2-20	0-1,2

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:

• <15 um - całkowicie ulegają uwodnieniu (90 dni)

• <10 um - całkowicie ulegają uwodnieniu (28 dni)

• >15 um - ulegają hydratacji w 50%

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 (może dochodzić do 60°C dla betonów ).

Zależy od:

- Miałkości - im drobniej zmielony cement tym szybciej reaguje z wodą

- 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,

temp. wykonywania próbek do ilości ciepła 4°C -154, 24°C -284 , 32°C -309, 41°C -35 J/kg

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 - częściowo odwracalne zmniejszanie się elementów powodowane wysychaniem. Rysy mogą mieć głębokość 1-3 mm. Mamy dwa rodzaje skurczu:

- plastyczny, następuje w czasie 6 godzin po zawiązaniu, elementy możemy chronić poprzez okresowe polewanie ich wodą, połowa skurczu spowodowana jest parowaniem wody, druga połowa reakcjami chemicznymi.

- zwykły, jednorodny(w całej swojej masie cement traci wodę) oraz niejednorodny

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 - Cao - Ca(OH)₂ tzw. gaszenie , dwukrotny wzrost objętości

- pęcznienie magnezjowe - MgO - Mg(OH)₂ , mniejszy wzrost objętości

- pęcznienie gipsowe -CaSO₄.2H₂O + tlenek glinu , gips bezwodny

3CaO . Al₂O₃ . 3CaSO₄ . 3H₂O, gdzie ilość wody zależy od temperatury

kilkukrotny wzrost objętości

Odwrotnością pęcznienia jest kontrakcja, zmniejszenie objętości, występuje szczególnie w przypadku cementu, minerały łącząc wodę zmniejszają objętość, powstają pory o średnicy 10mm.

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. Podczas odbiorów spoiwa sprawdza się ilość poszczególnych partii metodą ważenia. Spoiwo budowlane przechowuje się w suchych, przewiewnych i zamkniętych magazynach. Podłogi magazynów powinny być ułożone na legarach powyżej gruntu. Cement workowany należy przechowywać w magazynach otwartych, zadaszonych z bokami zabezpieczonymi przed opadami oraz w magazynach szczelnych zamkniętych. Liczba warstw w stosie nie powinna przekraczać: dla worków 3 i 4 warstwowych - 12, a dla worków 6 warstwowych - 18.

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.

II. Wapno

Spoiwa wapienne należą do grupy spoiw powietrznych, które po zarobieniu wodą wiążą i twardnieją tylko na powietrzu. Zalicza się do nich: wapno palone, wapno hydratyzowane, wapno pokarbidowe oraz wapno hydrauliczne.

Wapno jest jednym z najstarszych spoiw, stosowane jest do zaprawy murów, tynków, produkcji betonów komórkowych oraz jako dodatek do cementów.

Głównym składnikiem wapna jest węglan wapnia CaCO3, który występuje w dwóch postaciach polimorficznych: kalcytu i aragonitu. Innymi składnikami wapna są: dolomit, kreda oraz tufy wulkaniczne. Zawierają one liczne zanieczyszczenia hydrauliczne: SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃

Moduł hydrauliczny:

Mz=

Mz = 1,7 - 4,5 wapno wysoko hydrauliczne

Mz = 4,5 - 9,0 wapno słabo hydrauliczne

Mz > 9,0 wapno zwykłe

Wapno palone

Otrzymuje się je poprzez rozkład węglanu wapnia CaCO3. Podczas jego wypalania w 950-1050 °C następuje reakcja przebiegająca zgodnie z równaniem:

CaCO₃ → CaO + CO₂ - 1772 J/kg

Jest to reakcja endotermiczna, czyli wymagająca doprowadzenia ciepła oraz odwracalna. W celu rozkładu 1 kg węglanu wapnia należy doprowadzić 1772 J ciepła. Szybkość wypalania naturalnego kamienia wapiennego nie tylko zależy od ciśnienia CO2 i temperatury, ale również od właściwości fizycznych i chemicznych surowca, stopnia rozdrobnienia, twardości oraz innych jego cech.

W zależności od sposobu wypalania wapna oraz od rodzaju stosowanych pieców uzyskuje się wapno lekko palone o dużej aktywności oraz wapno ostro palone o mniejszej aktywności. Różnica pomiędzy wapnem lekko palonym leży w teksturze tlenku wapnia, oba rodzaje wapna palonego różnią się między sobą gęstością i stopniem uporządkowania sieci krystalicznej CaO. Podczas wypalania kamienia wapiennego po osiągnięciu temperatury rozkładu z sieci krystalicznej kalcytu zaczyna uwalniać się dwutlenek węgla CO₂. Powstające kryształy tlenku wapnia przyjmują postać regularną. Wapno palone składające się z regularnych kryształów CaO jest bardzo porowate, a jego ciężar objętościowy jest mały.

Rodzaje wapna palonego:

- szybko gaszące się ok. 15 min

- wolno gaszące się ok. 15 - 30 min.

- bardzo wolno gaszące

Rodzaje wapna palonego z/w na zawartość CaO:

- wapno tłuste 94-99%

- wapno średnio tłuste 91-94 %

- wapno chude 85-91 %

W zależności od pochodzenia rozróżnia się trzy rodzaje wapna:

- wapniowe, wytwarzane z wapieni czystych CL

- dolomitowe, wytwarzane z wapieni dolomitowych DL

- hydrauliczne, wytwarzane z wapieni ilastych HL

W zależności od zawartości CaO + MgO rozróżnia się trzy odmiany wapna wapniowego 90, 80, 70 oraz dwie odmiany wapna dolomitowego 85 i 90.

Wapno palone jest w kawałkach jest porowate, barwy białej, żółtawej do szarej. Powinno być transportowane i przechowywane w taki sposób , aby zabezpieczyć je przed opadami atmosferycznymi i wilgocią.

Wapno palne, mielone

Otrzymuje się poprzez rozdrabnianie wapna w kawałkach w urządzeniach mielących do odpowiedniego składu ziarnowego. Zaleca się wapno z wodą wymieszać z piaskiem, potem zarobić wodą (piasek pobiera część ciepła). Podczas wypalania otrzymuje się bryły o średnicy ∅18 cm, należy je zmielić do ziaren ∅<0,2 cm. Ziarna o ∅ 0,0085 mm < 15%. Na budowie miesza się je z wodą, następnie tworzą się wodorotlenki wapnia CaO + H₂O - Ca(OH)₂ +1126 KJ/kg

Często na budowie dodaje się opóźniacze ok.5% gipsu lub gliny. Zalecane jest także dłuższe mieszanie. Zaletą wapna palonego mielonego jest to, ze odpada czynność gaszenia wapna na budowie, a oprócz tego dzięki wydzielaniu się ciepła w toku gaszenia się proszku w zaprawie przyśpiesza się znacznie proces wiązania i twardnienia zaprawy, co ma znaczenie przy robotach zimowych. Wapno to jest wyjątkowo szkodliwe dla zdrowia, a szczególnie działa ujemnie na drogi oddechowe i skórę. Dlatego przy posługiwaniu się nim należy stosować środki ochrony osobistej. Wapno palone, mielone powinno być pakowane w worki. Spoiwo to stosuje się do robót murowych i tynkowych.

Proces wiązania i twardnienia spoiw wapiennych

Spoiwo wapienne , składnik zapraw budowlanych, wiąże i twardnieje w wyniku reakcji chemicznych. Dzięki temu zaprawa po pewnym czasie uzyskuje wymagane właściwości mechaniczne i fizyczne. Po zmieszaniu składników z woda zaprawa nabiera pewnej płynności lub plastyczności technologicznej.

Wzrost wytrzymałości jest związany z :

- Utrata wody na skutek odciągania jej przez mury i wysychanie

- Krystalizacja Ca(OH)₂ . nH₂O z przesyconego roztworu wodnego wodorotlenku wapnia znajdującego się w zaprawie

- Powstanie krzemianów wapnia jako produktów reakcji Ca(OH)₂ z SiO₂

- Karbonizacja wodorotlenku wapnia, która następuje w wyniku reakcji wodorotlenku wapnia z dwutlenkiem węgla zawartym w powietrzu :

Ca(OH)₂ + nH₂O +CO₂ → CaCO₃ + (n+1)H₂O

Rosnące kryształy CaCO₃ łączą się, zrastają i spajają ziarenka zaprawy ze sobą, dając w efekcie wytrzymały mechanicznie materiał odporny na działanie wody (proces karbonizacji rozciąga się w czasie i zależy od ilości CO₂ w powietrzu i grubości muru).

Wapno pokarbidowe

Jest to wapno gaszone otrzymywane jako produkt uboczny przy produkcji acetylenu z karbidu. Wapno to w stanie czystym nie różni się od wapna zwykłego. Nie powinno zawierać grudek ani wydzielać ostrego zapachu amoniaku lub acetylenu. Nadaje się ono do zapraw murarskich i tynkarskich na równi z wapnem zwykłym. Próbki należy pobierać i przygotowywać do badań zgodnie z BN-91/6733-03

Wapno hydratyzowane - mokrogaszone (ciasto wapienne)

Otrzymuje się z wapna palonego przez gaszenie (lasowanie) polegające na łączeniu wapna z dużą ilością wody. Dobrze zgaszone ciasto wapienne powinno mieć kolor biały do szarego. Barwa brązowa oznacza, że jest spalone tzn. zgaszone zbyt dużą ilością wody. Dobre ciasto wapienne jest lepkie, tłuste i jednolite. Jeśli w dotyku wyczuwa się szorstkość i grudkowatość, to znaczy, że wapno jest zaparzone lub nie dogaszone. Zawartość wody w cieście wapiennym wynosi ok. 50%. Ciasto wapienne może być w dwu gatunkach o zawartości CaO + MgO odpowiednio 67% i 60%.

Gaszenie może odbywać się ręcznie lub mechanicznie. Ręcznie gasi się wapno w skrzyni zw. Folą. Praca przy gaszeniu wapna wymaga zachowania szczególnej ostrożności, aby nie dopuścić do poparzenia ciała „gotującym się” wapnem. Dlatego też pracownicy zatrudnieni przy gaszeniu wapna powinni być zaopatrzeni w okulary ochronne, ubranie robocze i buty gumowe.

Wapno tłuste gasi się następująco: do połowy wysokości foli nalewa się wodę i wrzuca się do niej 1/5 część danej partii wapna palonego, przeznaczonej na jedno gaszenie, a następnie miesza się gracą. Po 10 minutach dodaje się nowe porcje wapna i dolewa wody tyle, by zakrywała wapno. Należy uważać żeby nie dokonać tzw. spalenia wapna, objawiającego się silnym parowaniem. Można zapobiec temu szkodliwemu zjawisku, dolewając wody w to miejsce, gdzie następuje parowanie.

Wapno średnio tłuste gasi się podobnie jak wapno tłuste, lecz na początek wrzuca się wapno w ilości 1/3 objętości foli. Gaszenie rozpoczyna się po 10 minutach i trwa ok. 20-30 min.

Gaszenie wapna chudego przebiega bardzo wolno, jego początek występuje przeważnie po 30 min. Do foli wrzuca się bryły wapna palonego rozdrobnione do wielkości pięści, a następnie polewa się je wodą z konewki z sitkiem. Rozpadające się kawałki wapna polewa się dalej wodą i przerabia ostrożnie gracą. Nadmierna ilość wody może spowodować, że wapno stanie się grudkowate, wodniste i źle będzie wiązało. Celowe jest - w celu uzyskania gorącego środowiska gaszenia - użycie wody podgrzanej do ok. 60-80°C lub wrzucenie kilka kawałków wapna szybko gaszącego się.

Przerabianie wapna w skrzyni odbywa się tak długo, aż otrzyma się masę o jednolitej konsystencji podobnej do śmietany. Po zgaszeniu spuszcza się je przez siatkę, zatrzymane na siatce nie zgaszone pozostałości wyrzuca się łopatą Po zapełnieniu dołu wapno powinno się zabezpieczyć przed wpływami atmosferycznymi. Przy dłuższym przechowywaniu ciasta w dole należy je pokryć warstwą piasku grubości co najmniej 20 cm. Szczególnie starannie należy chronić ciasto wapienne przed działaniem mrozu., gdyż przemarznięte wapno nie może być stosowane do robót tynkarskich.

Czas dołowania wapna zależy od jego przeznaczenia i wynosi:

6 miesięsy - do tynków szlachetnych

3 miesiące - do tynków zwykłych

3 tygodnie - do prac murarskich

Tłuste wapno jest lżejsze, chude zaś cięższe.

Stosuje się także gaszenie mechaniczne. Maszyny umożliwiają produkcję mleka wapiennego bez odpadów przy jednoczesnym skróceniu okresu dojrzewania ciasta wapiennego. Występuje tu jednak konieczność przemiału wapna palonego bezpośrednio przed gaszeniem. Wydajność maszyny wynosi ok. 2-4 ton wapna palonego w ciągu godziny. Po zgaszeniu wapno powinno dojrzewać w dołach przez 1 tydzień. Do wydobycia ciasta stosuje się coraz częściej żurawiki typu Pionier z chwytakami, do rozwożenia ciasta - wywrotki o specjalnej konstrukcji.

Podczas wiązania i twardnienia wapna gaszonego w zaprawach zachodzą procesy:

- odparowanie wody, wskutek czego zaprawa gęstnieje

- potem w wapnie gaszonym tworzą się kryształki uwodnionego wodorotlenku wapnia, stanowiący główny składnik wapna gaszonego.

Wapno hydratyzowane - suchogaszone

Otrzymuje się je fabrycznie, traktując wapno niegaszone odpowiednią ilością wody do chwili rozpadu na suchy proszek. Po przesianiu proszek pakowany jest do worków po 50 kg. W celu do gaszenia zgaszonych cząstek wapna wskazane jest zarobić wodą wapno suchogaszone na 24-36 godz. Przed użyciem. Rozróżnia się dwa gatunki wapna suchogaszonego 1 oraz 2 z zawartością CaO+MgO odpowiednio 70& i 68%. Wapno suchogaszone należy przechowywać w suchych, szczelnych magazynach. Spoiwo to stosuję się do murarskich i tynkarskich oraz do przygotowania suchych mieszanek tynków szlachetnych. Zaleta jest, że można używać bezpośrednio do zapraw bez kłopotliwego gaszenia i dołowania.

Wapno hydrauliczne

Po zarobieniu z woda wiążę i twardnieje zarówno na powietrzu jak i pod wodą. Otrzymywane jest przez wypalenie wapieni marglistych lub margli, a następnie przez zgaszenie na sucho i zmielenie. Zastosowanie: zaprawy murowe, tynki zewnętrzne, fundamenty i mury piwnic, produkcja farb wapiennych. Przechowywane w workach 50 kg . wapno ma lekko brązowy odcień, jak wapno suchogaszone.

III. Gips

Spoiwa, których głównym składnikiem jest siarczan wapnia, zalicza się do powietrznych materiałów wiążących. Spoiwa te można podzielić na 2 podstawowe grupy:

• spoiwa gipsowe, wytwarzane przez częściową dehydratację w niebyt wysokich temperaturach skał gipsowych lub gipsów odpadowych. Do spoiw gipsowych należą: gips budowlany oraz gips budowlany specjalny ( gips szpachlowy, gips tynkarski i klej gipsowy).

• spoiwa anhydrytowe, otrzymywane w wyniku całkowitej dehydratacji skał gipsowych lub przeróbki anhydrytów naturalnych. Głównym składnikiem spoiw gipsowych jest rozdrobniony półwodny siarczan wapnia CaSO₄ . ½ H₂O , natomiast anhydrydowych - drobno zmielony i zmieszany z odpowiednimi aktywatorami bezwodny siarczan wapnia CaSO₄ .

Gips budowlany otrzymuje się przez prażenie kamienia gipsowego w prażarkach lub piecach obrotowych i następnie jego zmielenie. Gips budowlany tzw. półwodny jest oznaczany dwiema markami GB-G6 i GB-G8. Liczba oznacza wytrzymałość na ściskanie w Mpa.

Gips budowlany w zależności od stopnia rozdrobnienia dzieli się na grubo mielony (GB-G) oraz na drobno mielony (GB-D). Gips budowlany jest przeznaczony do prac pomocniczych budowlanych i do produkcji elementów gipsowych i tynków dekoracyjnych. Substytutem naturalnego kamienia gipsowego mogą być gipsy odpadowe, jak fosfogips, uzyskiwany przy produkcji nawozów fosforowych z apatytów i fosforytów metodą mokrą i gips odpadowy, powstający w instalacji do odsiarczania gazów spiekanych.

W zależności od sposobu prażenia mamy 2 rodzaje gipsu budowlanego:

• Odmiana α - powstaje gdy wypalanie zachodzi przy obecności pary wodnej, gips gruboziarnisty, duża wytrzymałość na ściskanie (do 50 MPa), bardzo wysokie ciepło hydratcji

• Odmiana β - powstaje gdy wypalanie odbywa się przy odprowadzeniu pary wodnej, gips drobnoziarnisty, kryształki typu igiełki, mała wytrzymałość (ok. 6MPa), niskie ciepło hydratacji

Spoiwa gipsowe specjalne są stosowane do robót wykończeniowych. Markę (wytrzymałość na ściskanie) oznacza się po 7 dniach twardnienia i wysuszenie w 50°C do stałej masy. W grupie gipsów budowlanych specjalnych są produkowane :

- gips szpachlowy, przeznaczone do szpachlowania powierzchni z wyrobów gipsowych, betonowych oraz spoinowania płyt gipsowo-kartonowych.

- gipsy tynkarskie, przeznaczone do wykonywania wewnętrznych wypraw tynkarskich

- klej gipsowy, przeznaczony do klejenia prefabrykatów gipsowych

Estrichgips otrzymuje się przez wypalenie CaSO₄ . 2H₂O w temperaturze przekraczającej 800°C do 1000 °C. Głównym składnikiem mineralnym jest anhydryt I. Uaktywnienie spoiwa następuje wskutek obecności wolnych jonów OH- pochodzących z tlenku wapnia rozpuszczonego w ośrodku wodnym. Estrichgips ma pewne właściwości hydrauliczne oraz wskazuję większą wodoodporność od gipsu zwykłego. Początek wiązania następuje po ok.2 h a koniec po 24 godzinach. Wytrzymałość wyrobów z estrichgipsu na ściskanie po 28 dniach wynosi 18 Mpa. Spoiwo to z uwagi na swoje właściwości może być stosowane do wykonywania podkłady pod posadzki wylewane, prefabrykowanych elementów budowlanych, płytek posadzkowych itp. Ponadto wykonuje się z niego sztuczny marmur.

Spoiwa anhydrytowe, których podstawowym składnikiem jest anhydryt CaSO₄ otrzymuje się dwoma sposobami: przez wypalenie kamienia gipsowego w temperaturze powyżej 400°C i przemielenie oraz przez przemielenie naturalnej skały anhydrytowej na tak zwaną mączkę anhydrytową. W efekcie uzyskuje się spoiwo o zwiekszonej wodoodporności. Spoiwo anhydrytowe poza małą aktywną fazą anhydrytową zawiera również niewielką ilość gipsupółwodnego.

Anhydryt - jest bezwodnym siarczanem wapnia CaSO₄ .Krystalizuje się on w układzie rombowym. Tworzy kryształy tabliczkowe, niekiedy znacznie wydłużone. Szczególnie wartościowe są odmiany drobnoziarniste, stosowane w rzeźbiarstwie.

Wpływ temperatury prażenia na właściwości gipsu:

Dehydratacja dwuwodnego siarczanu wapnia (gipsu) jest jednym z najważniejszych etapów produkcji spoiw gipsowych, a w większości przypadków także anhydrytowych.

Podczas ogrzewania w temp. 140°C gips stopniowo traci wodę krystalizacyjną, przechodząc w gips półwodny, a w miarę podwyższania temperatury w anhydryt, aż do rozkładu CaSO₄. Reakcje chemiczne przebiegają wg następujących równań:

CaSO₄ . 2H₂O → CaSO₄ . ½ H₂O + 3/2 H₂O

CaSO₄ . ½ H₂O → CaSO₄ + ½ H₂O (temp. 400C)

200°C - następuje częściowa dehydrytacja, otrzymujemy anhydryt (gips bezwodny CaSO₄) , odmiany trzeciej bardzo trudno rozpuszczalny w wodzie.

450°C-750°C - dehydrytacja gipsu półwodnego powoduje powstanie anhydrytu II, trudno rozpuszczalny w wodzie, możemy stosować różnego rodzaju katalizatory (siarczan sodu, siarczan żelazowy, cement portlandzki, dolomit, żużel wielkopiecowy). Stosujemy jako zaprawy, wykładziny.

800°C-100°C - powstaje estrichgips (opisany wcześniej)

CaO → CaO + SO₂ + ½ O₂

Wiązanie i twardnienie spoiw gipsowych

Wiązanie gipsu polega na ponownym uwodnieniu spoiwa gipsowego - siarczanu wapnia połwodnego do siarczanu wapnia dwuwodnego wg rekcji:

CaSO₄ . ½ H₂O +3/2 H₂O → CaSO₄ . 2 H₂O

Proces wiązania rozpoczyna się od momentu, kiedy spoiwo gipsowe zmiesza się z wodą. Spoiwo to zaczyna się rozpuszczać aż do powstania roztworu nasyconego. Z przesyconego roztworu CaSO4 wykrystalizowują się kryształki gipsu dwuwodnego, w wyniku czego następuje wzrost wytrzymałości mechanicznej.

Duża szybkość wiązania jest w pewnych okolicznościach niekorzystna. W takich przypadkach stosuje się specjalne opóźniacze. Gips zarabia się większą ilością wody niż wynika to z rachunku stechiometrycznego.

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.

Moduł hydrauliczny Mz = 1,7 - 2,3

Wzrost Mz powoduje wzrost wytrzymałości na ściskanie, ale gorsza odporność na działanie siarczanów.

Moduł krzemianowy Ms = 2,4 - 2,7

Odpowiada za szybkość wiązania cementu, wzrost Ms następuje spowolnienie szybkości wiązania cementu.

Moduł glinowy Mg = 1 - 4

Im wyższy moduł glinowy tym wyższy skurcz, niższa odporność na siarczany, ale wyższa wytrzymałość i niższa kaloryczność.

Skład mineralny:

Krzemian trójwapniowy 3CaO.SiO₂ - C₃S Alit - w cemencie portlandzkim w ilości 50-60%

Krzemian dwuwapniowy 2CaO.SiO₂ - C₂S Belit - w cemencie portlandzkim w ilości 20%

Glinian trójwapniowy 3CaO.Al2O3 - C3A stanowi 10% klinkieru

Glinożelazian czterowapniowy 4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃ - C₄AF Brownmilleryt stanowi 7% klinkieru

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

Składnikiem głównym cementu jest klinkier portlandzki (K), którego udział w zależności od rodzaju cementu wynosi 95% do 15%. 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%.

Składniki modyfikujące:

Żużel wielkopiecowy - materiał o utajnionych właściwościach hydraulicznych, które można intensyfikować przez dodanie aktywatorów alkalicznych. Wytwarzany jest przez szybkie chłodzenie płynnego żużla o odpowiednim składzie, otrzymywanego przy wytapianiu surówki w wielkim piecu. W celu uzyskania najlepszych właściwości hydraulicznych należy prowadzić tak proces jego granulacji, aby udział w nim fazy szklistej był możliwie największy. Występują dwa rodzaje żużla: temprowany (w wyniku gaszenia, składający się z brył, skład CaO < 40% oraz SiO₂ >40% ) oraz granulowany (dodawany do cementu w postaci zmielonej, skład CaO 41-44% oraz SiO₂ 35-45%)

Pucolana - naturalna i sztuczna jest to materiał, który samodzielnie nie twardnieje, ale drobno zmielona w obecności wody i wodorotlenku wapnia tworzy związki o właściwościach hydraulicznych, czyli uwodnione krzemiany i glinokrzemiany wapnia. Pucolana składa się głównie z reaktywnego SiO₂ i Al₂O₃ . Pucolana naturalna występuje w postaci materiału wulkanicznego.

Popiół lotny krzemionkowy - powstaje na skutek elektrostatycznego lub mechanicznego osadzenia pylistych cząstek spalin wytwarzających się w paleniskach opalanych pyłem węglowym. Wymagania dla popiołu: CaO < 10%, SiO₂ >25%

Popiół lotny wapienny - powstaje podczas odpylania gazów z instalacji kotłowych, w których spala się węgiel brunatny w paleniskach pyłowo-wirowych, a także podczas odpylaniagazów z palenisk fluidalnych przy spalaniu węgla kamiennego i brunatnego z równoczesnym odsiarczaniem gazów odlotowych sorbentami wapniowymi.

Wymagania dla popiołu: CaO < 5% , SiO₂ > 25%,

Łupek palony - a zwłaszcza łupek bitumiczny jest wypalany w temperaturze 800°C. Zawiera on fazy podobne do klinkieru portlandzkiego oraz tlenki o znacznej reaktywności. Drobno zmielony łupek wykazuje wyraźne właściwości hydrauliczne (posiadają materiały, które nie zawierają w swoim składzie wapń) i pucolanowe (wykazują materiały, do których wapń rzeba dostarczyć, jako tzw. aktywizator, ale jednocześnie składnik nowo powstałych związków ).

Pył krzemionkowy - składa się z bardzo drobnych kulistych cząstek o dużej zawartości krzemionki bezpostaciowej. Powstaje w procesie odpylania pieców hutniczych przy produkcji żelazokrzemu. Jest on zbudowany z substancji amorficznej zawierającej 90-98% SiO2. ma postać kulistych cząstek o średnicy 0,01-0,5 um. Jest to najbardziej aktywny dodatek pucolanowy.

Wapień - wypełniacz, stosowany jako dodatek do cementu portlandzkiego, 75% czysty wapień, dopuszczalne 25% innych zanieczyszczeń po wypaleniu. Mamy 2 rodzaje: LL - 0,2%stanowi węgiel, może pęcznieć, drugi to L- 0,5% stanowi węgiel. Nie posada właściwości wiążących, pucolanowych, hydraulicznych, wpływa na poprawę niektórych cech mieszanki betonowej, dlatego dodawany jest do cementu na etapie produkcji.

Cementy powszechnego użytku w przeważającym zakresie stosowane są w budownictwie i stanowią ok. 98% produkcji krajowej. Do tego rodzaju cementów zalicza się: portlandzki, mieszany, hutniczy, pucolanowy oraz wieloskładnikowy.

Cement portlandzki CEM I

Uzyskuje się go poprzez zmielenie klinkieru portlandzkiego z dodatkiem ok. 5% siarczanu wapnia dwuwodnego lub anhydrytu. Cement ten jest spoiwem powszechnie stosowanym w budownictwie (ok. 40%). Wyróżnia się cementy portlandzkie klasy 32,5 42,5 oraz 52,5 oraz cement o zwiększonej wytrzymałości początkowej oznaczone symbolem R .

- 95 % klinkieru cementowego

- miałkość 2700 cm²/g

- średnica ziaren 20-40 um

- gęstość nasypowa 1,1 -1,3 kg/dm³

- ciężar objętościowy 3,1 kg/dm³

- koagulacje - zdolność do zbijania się ziaren w grudki (żeby temu zapobiec stosuje się plastyfikatory)

- higroskopijny, łatwo ulega wietrzeniu pod wpływem wilgoci z powietrza (dlatego nie można zostawiać otwartego worka)

CEM I 32,5 charakteryzuje się wysoką wytrzymałością wczesną i umiarkowanym ciepłem hydratacji. Stosuje się go do produkcji betonu towarowego i komórkowego, elementów prefabrykowanych .

CEM I 42,5 ma szybki przyrost wytrzymałości, wysokie ciepło hydratacji i krótki czas wiązania. Stosuje się go do produkcji betonów klas B20- B50, wytwarzania elementów prefabrykowanych i konstrukcji monolitycznych.

CEM I 52,5 charakteryzuje się wysoką wytrzymałością początkową i dużą szybkością wydzielania ciepła w początkowym okresie twardnienia. Stosowany do produkcji elementów prefabrykowanych drobo- i wielkowymiarowych.

Cement mieszany CEM II

Cement ten produkuje się przez wspólne zmielenie klinkieru portlandzkiego, dodatków mineralnych oraz gipsu jako regulatora czasu wiązania. Zawartość dodatków mineralnych w zależności od odmiany (A i B) może wynosić 6-35% . Do produkcji CEM II stosuje się dodatki takie jak: żużel wielkopiecowy, pył krzemionkowy, pucolane naturalną i sztuczną, popiół lotny, łupek palony i wapień. W zależności od rodzaju dodatku cement ten charakteryzuje się różnorodnymi właściwościami. 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.

Oznaczenie: np. CEM II (A/B) - D :cement portlandzki z dodatkiem pyłu krzemionkowego.

Cement hutniczy CEM III

Otrzymuje się go przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z gipsem i granulowanym żużlem wielkopiecowym lub przez wymieszanie oddzielenie zmielonych składników. Cement ten wytwarza się w dwóch odmianach różniących się zawartością żużla.

CEM III A zawiera 36-65 % żużla

CEM III B zawiera 66-80 % żużla

W normie przewiduje się także również odmianę CEM III C o zawartości żużla 81-95%. 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. Rozróżnia się dwie odmiany cementu pucolanowego:

CEM IV A , w którym łaczna zawartość dodatków pucolanowych, takich jak pucolana naturalna i naturalna wypalona oraz krzemionkowy popiół lotny, wynosi 11-35%, natomiast dodatek pyłu krzemionkowego nie może być większy niż 10%.

CEM IV B , w którym łączna zawartość wymienionych składników powinna utrzymać się w przedziale 36-55% , a pył krzemionkowy wynosić nie więcej niż 10%.

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.

Rozróżnia się dwie odmiany cemetu:

CEM V A z udziałem 18-30% żużla i 18-30% pucolany

CEM V B z udziałem 31-50% żużla i 31-50% pucolany

Wytrzymałość na ściskanie

Klasa wytrzymałości	Wytrzymałość na ściskanie				Początek czasu wiązania min	Stałość objętości
		wczesna		normowa
		po 2 dniach	po 7 dniach	po 28 dniach
32,5 N	-	>16	>32,5	<52,5	>75		<10
32,5 R	>10	-
42,5 N	>10	-			>42,5		<62,5	>60
42,5 R	>20	-
52,5 N	>20	-			>52,5		-	>45
52,5 R	>30	-

Przykładowe oznaczenia cementu

CEM II /A -V 32,5 R : cement portlandzki popiołowy, zawierający popiół krzemionkowy 20%, cement klasy 32,5 z wysoką wytrzymałością wczesną

CEM III /A 42,5 : cement hutniczy zawierający żużel wielkopiecowy 65%, klasy 42,5, normalna wytrzymałość

Wiązanie i twardnienie cementu:

Po zarobieniu cementu wodą zaczyna się procesy fizykochemiczne, powstają nowe związki.

Proces wiązania i twardnienia przebiega w 3 etapach:

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

Stosowane są w :

- górnictwie

- drogownictwie

- hydrotechnice

1. Cementy bazujące na klinkierze portlandzkim:

• plastyfikowany

• bezskurczowy

• ekspansywny

• drogowy

• hydrotechnicy

2. Cementy bazujące na klinkierze glinianym :

• glinowy

• glinowo-żaroodporny

3. Cementy bez klinkierowe (w Polsce nie produkowane) :

• pucolanowo-wapienny

• żużlowo-wapienno-gipsowy

• żużlowo -alkaiczny

Cement portlandzki biały

Charakteryzuje się on dużym stopniem białości oraz parametrami odpowiadającymi cementom portlandzkim klasy 32,5 oraz 42,5. do produkcji klinkieru białego są używane surowce o ograniczonej ilości tlenków barwiących, takich jak Fe2O3, MnO2 i TiO2. Cement biały zawiera głównie krzemiany wapnia. Żelazo w procesie powstania klinkieru spełnia rolę topika, a jego brak wymaga podwyższenia temperatury w piecu, czasami jednak jako topika dodawany jest kriolit Na₃AlF₆. Zamiast zwykłego młyna kulowego przemiał prowadzi się w młynach o wykładzinach kamiennych lub ceramicznych stosując raczej mało wydajne mielenie za pomocą kul kamiennych lub drogie kule ze stopów niklu i molibdenu. Przez to koszt mielenia cementu jest znacznie wyższy. Stopień białości cementu białego wzrasta wraz z jego rozdrobnieniem. Temperatura wypalania 1500°C -1600°C.

Stosuje się go przede wszystkim do wytwarzania betonu architektonicznego, ozdobnej galanterii betonowej oraz zapraw murarskich i tynkarskich. Cement biały wykorzystywany jest do produkcji cementów kolorowych.

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.

Ograniczenie zawartości składników ulegających szybkiej hydratacji tj. C3A i C3S, powoduje wolniejszy przyrost wytrzymałości cementu niskokalorycznego w porównaniu ze zwykłym cementem portlandzkim, lecz wytrzymałość kontowa nie jest niższa.

Wykazuje małą tendencję do pęcznienia i skurczu.

Cement niskoalkaliczny

Wymagania dla cementu niskoalkalicznego spełniają CEM I,CEM II, CEM III, CEM IV, CEM V, zawierające poniżej 0,6% alakliów.

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 ten charakteryzuje się normalnym czasem wiązania oraz bardzo dużą dynamiką narastania wytrzymałości początkowych. Cechuje się wysokich ciepłem twardnienia i znaczną odpornością na działanie wysokich temperatur. Temperatura wypalania 1600°C. Nie wykazują pęcznienia. Stosowany jest także do produkcji betonów odpornych na korozję siarczanową oraz do wytwarzania specjalnych. Wysoka kaloryczność.

Cement plastyfikowany

- Otrzymywany przez zmielenie klinkieru i gliny z dodatkiem substancji

- do normalnego klinkieru mielonego z gipsem dodaje się substancję powierzchnio-czynną, która pozwala na związanie ziaren z wodą

- Można dodać do 12% wody zarobowej

- Wytrzymałość 7 dniowa o 20-50% wyższa

Cement szybkotwardniejący

- W Polsce nie produkowany

- Wysoka miałkość

- Wysokie ciepło hydratacji

- Bardzo wysoka wytrzymałość wczesna (po 4 h wytrzymałość 4 MPa)

Cement drogowy

• Bardzo mały skurcz

• Powolne twardnienie

• Miałkość do 3500 cm²/g

• Dobra przyczepność do podłoża

• Wysoka wytrzymałość na ściskanie

• Bardzo wysoka mrozoodporność

- odporność na agresję siarczanową, chlorkową, kwasową

Cement ekspansywny

• Zwiększa swoją objętość - świadomie wprowadzany środek zwiększający objętość

• Objętość zwiększa się od 1,5 mm/m (1,5%) do 2 mm/ m (0,2%)

• Czynnik pęczniejący i stabilizator

• Zwiększenie rozszerzalności tak duże, aby skurcz powodował zmianę objętości

- Pęcznienie nie powoduje pęknięć, następuje powoli i równomiernie w całej swojej powierzchni w okresie wiązania i początkowego twardnienia

Cement hydrotechniczny

• Cechuje się niska zawartością C₃S i C₃A na korzyść C₂S i C₄AF

• Obniżony o ok.70% skurcz w stosunku do cementu portlandzkiego

• Przeznaczony jest na konstrukcję długo wznoszone i późno obciążone

• Klasę ustala się dopiero po 90 dniach

- Małe ciepło uwodnienia

VI. Wietrznie i odświeżanie cementu

Stopień zwietrzenia:

• Grudkowanie cementu

• Jeżeli daję się rozetrzeć w palcach lub w wodzie rozpuszcza się, to początkowe wietrzenie (cement stracił do 10% R)

• Jeżeli nie daję się rozetrzeć i rozpuścić - to trzeba cement przesiać przez sito (ok. 2 mm), zważyć ilość grudek i określić ile się ich znajduje w rzeczywistości

• Jeżeli grudek jest mniej niż 30% - pozostały cement zbadać (określić wytrzymałość) i przeszacować (obniżyć klasę)

• Jeżeli grudek jest więcej niż 30% - to nie nadaję się cement do betonów konstrukcyjnych, tylko ewentualnie do zapraw

Odświeżanie cementu:

• Zamiast wody zarobowej 4% roztwór kwasu solnego (aktywując ziarna cementu)

• Zastosowanie CaCL2 w ilości 4% w stosunku do masy cementu

• Wydłużenie czasu mieszania w betoniarce lub mechaniczna aktywacja

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, limonit, okruchy stalowe

• 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

• kuliste

• owalne

• nieregularne

• wydłużone

• płaskie

• płaskie wydłużone

• łamane

• krępe

• wydłużone

• płaskie

• kanciaste

- kanciaste o stępionych krawędziach

Rodzaj powierzchni:

• chropowata (szorstka) - najlepsza przyczepność mają kruszywa łamane oraz te kruszywa, które uległy rozkruszeniu w skutek działania mrozu

• nierówna (wyboista) - ze skał grubokrystalicznych toczonych na dużą odległość przez wodę

• gładka - kruszywo otoczakowe transportowane latami przez wodę (zaokrąglone)

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

Ziarna reaktywne

Pewne rodzaje kruszyw mogą reagować z alkaliami pochodzącymi z cementu tworząc związki powodujące zmiany liniowe betonu. Norma kruszywowa wymaga aby zmiany te nie były większe niż 0,1 %.

Rysy o zabarwieniu białym wpływają na estetykę, reakcje przebiegaja z alkaliami w temperaturze 20°C, w przypadku kontaktu z wodą

AAR - Alkali Aggrerate Reaction

1. ASR - Alkali Silica Reaction

• rogowe

• łupki ilaste

• granity

• gnejsy granitowe

• gnejsy granitowe-diorytowe

2. ACR - Alkali Carbonate Reaction

• dolomity

• zdolomizowane wapienie z domieszkami ilastymi

Zanieczyszczenia :

• Zawartość pyłów mineralnych - Cecha ta wywiera wpływ głównie na właściwości wytrzymałościowe i mrozoodporność betonu. Pyły mineralne są ziarnami o wielkości poniżej 0,05 mm. Należą zarówno do nich ziarna pochodzące ze skały macierzystej, jak również iły oraz gliny. Ich negatywny wpływ na właściwości betonu opiera się na:

- 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

Szerzej właściwości i badania kruszyw przedstawione zostały na ćwiczeniach ;-)

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

Domieszką towarzyszą daleko idące reakcje chemiczne, dlatego też przy doborze musimy uwzględnić kompatybilność składników. Bowiem domieszki różnie reagują z cementami. Powstają zmiany plastyczności, urabialności.

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. Mają zastosowanie w gęsto zbrojonych konstrukcjach.

Np. SK1 - roztwór żywicy melanino formaldehydowej, zmniejszenie nasiąkliwości i porowatości, wzrost wytrzymałości.

Domieszki przyśpieszające wiązanie:

- Są to preparaty, które powodują natychmiastowe wiązanie cementu

- zastosowanie ograniczone, można stosować do pilnych prac remontowych oraz układane w niskich temperaturach 2-4°C

- Najbardziej rozpowszechniony jest chlorek wapnia (CaCl₂) - przyspiesza uwolnienie się wapnia, powstanie zarodników przyspieszających proces, zwiększają uplastycznienie, duże wydzielenie ciepła. Dodajemy jedynie do cementów hutniczych i portlandzkich, nigdy do glinowych. Nie można dodawać do betonów sprężonych. Powoduję korozję stali.

+2% - wzrost 40%

+4% - dla betonów bez zbrojenia, ma wady: intensywne wykwity, spadek wytrzymałości.

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

- chlorek sodu i potasu

Domieszki opóźniające wiązanie:

Stosowane są przy betonowaniu dużych elementów i konstrukcji oraz gdy beton układany jest warstwowo.

Domieszki napowietrzające:

Powodują znaczące zwiększenie mrozoodporności, polepszenie urabialności, zwiększają w sposób sztuczny ilość frakcji pylastej np. Abiesad E1 -do betonów hydrotechnicznych, wodny roztwór środków powierzchniowo czynnych

Klasyfikacja domieszek z PN-EN 934-2 :

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:

• przyśpieszające wiązanie

• przyśpieszające początkowy wzrost wytrzymałości

• przeciwmrozowe

• opóźniające wiązanie

4. Domieszki ekspansywne

• w znacznym zakresie eliminuje podstawowy mankament betonów - skurcz - zrównoważony jest pęcznieniem

• zwiększają objętość mieszanki betonowej

5.Domieszki uszczelniające zwiększające odporność na działanie czynników fizycznych. Obniżają nasiąkliwość betonów a tym samym zwiększają szczelność np. kaolonit, bentonit - podstawy tworzenia domieszek

6. Domieszki uszczelniające zwiększają odporność na działanie czynników chemicznych. Procesy wiążące cement bardziej intensywne. Zmniejszenie porowatości i zwiększenie szczelności.

• inhibitory korozji stali

• zmniejszające skutki reakcji alkalia - kruszywa

• zwiększające odporność na agresję chemiczną oraz biologiczną

7. Domieszki zwiększające przyczepność betonu , charakteryzują się dużą organicznością wpływu wody, folie wysokociśnieniowe na bazie cementu, w większości oparte są o żywice.

8. Domieszki barwiące betony , występują w postaci proszków, a także w postaci płynów

Tlenki metalu:

• dwutlenek węglanu - białe zabarwienie

• tlenek żelaza - odcienie barwy żółtej

• dodatek chromu - barwa zielona

• sadza - barwa czarna

X. Dodatki do betonu

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.

O urabialności mieszanki (obok ilości zaprawy) decyduje także objętość frakcji do 0,125 mm, zwanych pyłami łącznie z cementem.

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

Stosując kruszywo do beton€w wyróznia się frakcje:

• drobne 0-2 mm

• frakcje 2 -d_max

• frakcje pylaste <0,125 mm

W konstrukcjach żelbetowych największe ziarna kruszywa nie powinny przekraczać 2/3 odległości miedzy dwoma prętami leżącymi w jednej płaszczyźnie. Przy wykonywaniu konstrukcji betonowych cienkościennych maksymalne średnice ziaren nie powinny być większe niż :

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

• 1/2 najmniejszego wymiaru przekroju poprzecznego elementu i 3/4 rozstawu prętów stalowych przy najmniejszym przekroju poprzecznym <60

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:

Klasa betonu	Klasa cementu
B 7,5 do B40	32,5
B30 do B B50	42,5
powyżej B40	52,5

Metoda podwójnego otulenia

Metoda PO wymaga segregacji kruszywa na żwir (∅> 2mm) i piasek (∅< 2mm). Zakłada się, że znaczne są uziarnienia dla kruszyw, a następnie przyjmuje się konsystencje i klasę wytrzymałości. Metoda PO zakłada, że każde ziarno żwiru otulone zostaje warstwą zaprawy, a każde ziarno piasku - warstwą zaczynu cementowego.

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.

Parametry wytrzymałościowe:

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.

Wytrzymałość betonu na rozciąganie

Istotny wpływ na wytrzymałość na rozciąganie zaczynu ma rozkład wielkości porów, a nie tylko jego porowatość całkowita. Spadek wytrzymałości zaczynu występuje przy wzrastającej wielkości największych porów w zaczynie, co potwierdza wnioski wynikające z teoretycznych rozważań Griffitha. Wśród czynników mający duży wpływ na wytrzymałość , oprócz stosunku w/c, ma także wielkość ziaren, kształt i przyczepność minerałów kruszywa do zaczynu cementowego.

Porowatość zaczynu i betonu

Głównym produktem hydratacji cementu portlandzkiego jest faza C-S-H (uwodniony krzemian wapnia). W jego strukturze znajdują się mikropory o średnicach 0,5-3 nm (tzw. pory żelowe), które powstają wraz z kształtowaniem się żelu. Porowatość żelowa przy całkowitym uwodnieniu wynosi ok. 28%. Obecność tak małych zamkniętych w żelu porów nie wpływa ujemnie na takie właściwości użytkowe betonu jak wytrzymałość, przepuszczalność czy mrozoodporność. Obecność porów żelowych odznacza się natomiast w takich zjawiskach jak pełzanie czy skurcz.

W ogólnym schemacie zmian zachodzących w jednostce objętości zaczynu swoje miejsce posiadają makropory (tzw. kapilarne). Wraz z czasem coraz większą objętość zaczynu zajmują stałe produkty hydratacji, maleje zaś objętość porów kapilarnych. Ze względu na duży wpływ na właściwości użytkowe największa uwaga jest zwykle zwracana na porowatość kapilarną i rozkład wielkości porów kapilarnych. Stosunek w/c i stopień hydratacji są głównymi czynnikami wpływającymi na porowatość kapilarną kompozytów cementowych.

Rodzaje porów:

• kontrakcyjne - glinian trójwapniowy

• żelowe - powstają w czasie hydratacji cementu

• kapilarne - zwane wodnymi

• powietrzne - beton 2-5 mm

• strukturalne - powstają, gdy jest za mało zaczynu

• sendymentacyjne

XIII. Wykonawstwo

Betonownie

W przypadku zapotrzebowania większej ilości betonu zaleca się jego produkowanie w betonowniach, będących zespołem maszyn i urządzeń przeznaczonych do produkcji mieszanki betonowej w sposób zmechanizowany, z zastosowaniem częściowej lub pełnej automatyzacji. Kruszywo dostarczane jest do betonowni transportem samochodowym, kolejowym lub wodnym. Z wagonów kruszywo rozładowywane jest 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.

Do transportu samochodowego używa się wywrotek. Wysypują one kruszywo do lejów zsypowych, skąd przenośniki taśmowe podają je na hałdy lub do zasobników przy betonowni. Kruszywo posortowane podawane jest wprost na skład, a dowożone ze żwirowni najpierw do sortowni lub kruszarki z sortownikiem.

Powierzchnia placu składowego powinna być utwardzona, z odpływem wód opadowych. Każdy rodzaj kruszywa, klasa i frakcja musi leżeć na osobne hałdzie. Zazwyczaj hałdy koliste

Lub ciągłe są oddzielone ścianami.

Cement jest dowożony specjalnymi cementowozami i przeładowywany do zasobników pneumatycznie.

Dozowanie składników betonu odbywa się za pomocą specjalnych dozowników, według recept opracowanych przez laboratorium betonowni, metodą objętościowo -wagową lub wagową.

Dozownik automatycznie wyłącza podajnik cementu lub przenośnik taśmowy podający kruszywo, gdy w dozowniku jest już potrzebna ilość materiału.

Mieszanie odbywa się z reguły 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, które zazwyczaj mają pojemność 0,15 0,25 oraz 0,5 m³.

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. Przewóz w poziomie odbywa się przeważnie po ułożonych deskach. W pionie taczkę unosi dźwig towarowy lub osobowo-towarowy. Większe ilości mieszanki przewozi się wózkami dwukołowymi tzw. japonkami. Przy większych odległościach stosowane są wózki z napędem elektrycznym.

Mieszanka o konsystencji co najmniej plastycznej może też być podawana przenośnikami taśmowymi na odległość do 25 m, przy kącie nachylenia w przypadku transportu w gorę 18°, a w dół 12°. Trzeba zwracać uwagę, żeby mieszanka spadając z przenośnika nie ulegała rozsegregowaniu. Przenośnik powinien być w zgarniacz zbierający resztki mieszanki w czasie ruchu powrotnego.

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. Pompy z rurociągami są zazwyczaj umieszczone na samochodach lub przyczepach samochodowych. Mieszankę betonową za pomocą pomp można podawać na znaczne odległości w poziomie i w pionie. Przy doborze konkretnej pompy bierze się pod uwagę sumę długości poziomych i pionowych odcinków podawania mieszanki oraz liczbę załamań rurociągów i kąty nachylenia kolan.

RYSUNKI Z PORADNIKA STR 242

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

Konsystencja	Kat nachylenia
GP	18	12
P/PC	15	10

2. Pompy

• pompy o działaniu mechanicznym, hydraulicznym oraz rotacyjnym

• ciśnienie 40-50 at

• na zasypniku znajduje się krata, aby nie było dużych ziaren

• jedna zasuwa otwiera się , druga w tym czasie zamyka się i odwrotnie

• wydajność 7-155 m³/h

• w czasie przerwy, gdy nie występuje mieszanie składników może nastąpić ich segregacja i sedymentacja

• na całej długości rurociągu musi się utworzyć warstwa poślizgu

• ciśnienie przenoszone jest przez wodę

• skład kruszywa: krzywa musi być tak skomponowana, aby jak najmniejsza jamistość, aby woda i cement nie zostały wyparte

• przy większych rurociągach stosuje się zaprawę o konsystencji P

• max ziarno powinno być mniejsze od ziarna o srednicy D = (2,5 - 3)d , gdzie D-średnica rurociągu d-średnica ziarna

• konsystencja: od GP - P - PC

• aby zmniejszyć opory ruchu stosuje się plastyfikatory i superplastyfikatory, stosuje się też środki opóźniające czas wiązania

• zaleca możliwie małe średnice rurociągów ∅80- 100 mm, gdyż ciśnienie musi pokonać opory ruchu i ciężar mieszanki w części pionowej (transport w pionie)

• możliwie duże średnice rurociągów nawet do∅ 200 mm (transport w poziomie)

• im większa średnica rurociągu, tym mniejsza prędkość ruchu mieszanki o przy określonej wydajności, opory ruchu proporcjonalne do kwadratu prędkości

• przy transporcie w dół mogą tworzyć się zatory oraz następować segregacja (zapychanie rurociągu)

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

Betoniarki:

z/w na czas pracy:

• betoniarki o pracy okresowej

• betoniarki o pracy ciągłej

Betoniarki grawitacyjne

• składniki opadają grawitacyjnie

• wolnospadowa uchylona

• wolnospadowa dwukierunkowa

• wolnospadowa nieuchylna z rynną wysypową (tylko do betonów o konsystencji półciekłej)

• pojemność 50 - 4000litrów

• uzyskanie betonów o dowolnych konsystencjach

Betoniarki o pracy ciągłej:

• betoniarki rotorowe

• betoniarki planetarne

• betoniarki z gniotownikiem i mikserem

• bardzo wysokie obroty

• duża energia

• poszczególne ziarna cementu są bardzo dobrze rozprowadzone

• uwolnione zostają zarodniki

• proces hydratacji jest kilkakrotnie lepszy i szybszy

• uzyskujemy betony o wyższych wytrzymałościach

• szybszy proces wymieszania, a także wszystkie konsystencje

Mieszanie składników:

1.Wariant podstawowy

• piasek i kruszywo grube

• cement

• woda

2.Wariant drugi

• piasek z cementem

• woda

• kruszywo grube

• wariant drugi stosowany jest przy betonach wyższych klas, jest dwustopniowe dozowanie kruszywa, zmniejsza się w sposób widzialny praca betoniarki, zmniejsza się wydajność nawet o 39%.

3.Wariant trzeci

• cement z wodą

• piasek

• kruszywo grube

4.Wariant czwarty

• kruszywo grube i 2/3 wody

• cement

• reszta wody

5.Wariant piąty

• średnie kruszywo

• cement

• kruszywo grube i piasek

• woda

Układanie mieszanki betonowej:

Mieszankę betonową układa się po sprawdzeniu deskowań i rusztowań oraz zbrojenia elementów. Skład mieszanki powinien być zgodny z opracowaną receptą roboczą.

Jednym z najważniejszych problemów podczas układania mieszanki jest niedopuszczenie do rozsegregowania jej składników. Dlatego wysokość swobodnego zrzucania mieszanki o konsystencji gestoplastycznej nie powinna przekraczać 3 m. Im mieszanka jest bardziej ciekła, tym łatwiej rozsegregowuje się. Dlatego mieszanka ciekła powinna być układana przy użyciu rynien lub rur tak, aby wysokość jej swobodnego opadania nie przekraczała 50 cm. Słupy o przekroju co najmniej 40/40, lecz nie większym niż 0,8 m², bez krzyżującego się zbrojenia, mogą być betonowane od góry z wysokości nie większej niż 5 m. W wypadku mieszanki o konsystencji plastycznej lub ciekłej wysokość ta nie powinna przekraczać 3,5 m.

Mieszanka betonowa przygotowana w temperaturze do 20°C powinna być zużyta w czasie do 1,5h, a w temperaturze wyższej do 1h. Jeżeli są zastosowane środki przyspieszające wiązanie cementu to czas ten zmniejsza się do 30 min. W zależności od wielkości elementu betonuje się go albo od razu całym przekrojem albo warstwami. Stosuję się praktycznie 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, sposób ten stosuje się miedzy innymi w przypadku betonowania wysokich belek o gęsto rozmieszczonym zbrojeniu, nie jest zalecany przy zagęszczaniu przez wibrowanie.

Należy pamiętać, ze przy układaniu mieszanki betonowej najpierw nakładamy do miejsc najniższych, dopiero później układamy beton na całej powierzchni.

Wibrowanie mieszanki betonowej

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

Wibrowanie:

• polega na przekazywaniu mieszance dużych drgań f = 1500-200-7000-19000 dr/min

• amplituda drgań: 0,07 - 0,5 - 0,7 - 1,5 mm

• dzieli się na 3 fazy: I faza- fomuje się makrostruktura, II faza- formuje się mikrostruktura, III faza- zmniejsza się lepkość zaczynu

• proces ten jest bardzo krótki, trwa od 1-3 minut

Parametry wibracji:

1.Przyspieszenie drgań

• drgania z reguły są harmoniczne a = 0,011Af² [m/s²] A- amplituda f- częstotliwość

• w praktyce stosujemy drgania takie aby: 2g <a < 15g

2.Częstotliwość

• zależy od max ziarna, kształtu, formy i konsystencji

∅ max	8	16	31,5
F dr/min	6000	3000	200

3.Amplituda

• dobór amplitudy uzależniony jest od konsystencji mieszanki

4.Czas wibracji

5.Siła wzbudzająca F=M_kf² / 10⁴ [N] M_k = Q_e

Q- masa mimośrodu

M_k - siła kinematyczna

6.Intensywność wibracji J = Va = 8π²A²f³  

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. Nowoczesne wibratory mają zestaw buław o różnych parametrach. Gdy cała powierzchnia mieszanki betonowej w elemencie pokryje się zaczynem cementowym, wibrowanie można zakończyć. Po zanurzeniu należy buławę kilkakrotnie unosić na 10-20 cm w górę, bo promień skuteczności wibracji nie jest jednakowy na całej długości buławy. Po przyjętym czasie wibracji buławę powoli wyjmuję się, aby nie pozostał po niej otwór i zanurza się w następne miejsce. Buława nie powinna dotykać deskowania ani zbrojenia. Gdy promień oddziaływania wibratora pokrywa się z przekrojem słupa, buławę zanurza się w środku tego przekroju. Słupy o większym przekroju wibruje się przez zanurzenie buławy wzdłuż kilku osi. Gdy chce się uzyskać powierzchnię elementu gładką i bez raków, trzeba osie wibracji przybliżyć do deskowania. Ważne jest również staranne pokrycie powierzchni deskowania odpowiednimi środkami antyadhezyjnymi. Mieszanek półpłynnych i ciekłych nie trzeba wibrować.

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. Zasięg wibracji wynosi od 100 do 150 cm.

3. Wibratory powierzchniowe - Cienkie elementy poziome zagęszcza się wibratorem powierzchniowym, który przesuwa się po powierzchni elementu. Wibrator prowadzi się tak, aby zachodził 10 cm na pasmo zawibrowane poprzednio.

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

Takie elementy jak podłogi betonowe wyrównuje się i zagęszcza listwami wibracyjnymi.

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

• w/c = 0,5 - 0,6

• odpowietrzone betony mają duże wytrzymałości wczesne: po 2 dniach osiagają 30- 40 % wytrzymałości 28 dniowej

• nasiąkliwość maleje

• mrozoodporność polepsza się o ok. 200%

• stosowane w prefabrykacji

• wytrzymałość po zakończeniu 0,2 MPa

• bardzo mały skurcz

• znacznie lepsze parametry

• urządzenie składa się z : kołpaki (60/80, 120/150) , tkanina filtracyjna oraz rzędy siatek (zabezpieczają przed wysychaniem składników), separator wodny, blacha spowalniająca prędkość

Głębokość sięgania podciśnienia	Czas odpowietrzania [min]
2	1,5
6	4,5
10	8,5
15	16
22	31
30	53,5

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

• czas wirowania 20-60 minut

• max ziarno ∅8

• konsystencja plastyczna

• stosowane w prefabrykacji (rury, słupy trakcyjne)

• w wyniku siły odśrodkowej cząstki odkładają się na obrzeżach rury

• lżejsze cząstki (cement) tworzą na powierzchni szklistą, gładką powierzchnię

• siła odśrodkowa (zależy od średnicy) 0,1-0,3 MPa

Rewibracja

Polega na ponownym zawibrowaniu mieszanki betonowej po pewnym czasie od jej ułożenia (2-3h ). Zalety rewibracji:

• wzrost 28 dniowej wytrzymałości na ściskanie

• uwalnia z betonu uwięzioną wodę co poprawia znacznie wodoszczelność

• poprawia przyczepność między betonem i zbrojeniem przy górnej powierzchni betonu dzięki usunięciu w2ydzielanej wody

Beton pompowy

• układane przy pomocy pomp mechanicznych: zasuw roboczy, tłok, wirnik, wsyp

• w Niemczech 80%, w USA 60%

• w czasie przerwy jest uruchamiany aby chronić beton przed segregacją i sedymentacją

• przy używaniu pompy należy stosować kilkunastosekundowe przerwy, aby chronić urządzenie przed spaleniem

• pompy mają wydajność 7 - 150 m³/h

• pracują przy ciśnieniach do 40 atmosfer

• pracują na rurociągach o różnych średnicach 80-120

• średnicę rurociągu dobieramy w zależności od kierunku przepływu

• duże średnice stosuje się przy rurociągach poziomych

• przy rurociągach pionowych stosujemy minimalne średnice - średnicę rurociągu dobieramy w zależności od kierunku przepływu80-100

• wysięgniki z rurociągiem zakończone wężem gumowym o dł. 3-4 m

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%)

Torket zbrojony:

• zbrojenie włóknem rozproszonym

• włókna stalowe od 2-4 mm w różnych kształtach

• zabezpieczają w dużym stopniu przed spękaniem

Zalecany skład mieszanki betonowej:

• cement portlandzki (najlepiej klasy 42,5)

• nie stosować cementów hutniczych ze względu na czas wiązania

• ilość cementu zależy od max ziarna

Średnica ziaren [mm]	Ilość cementu [kg/m^3]
∅ 7	350-450
∅ 15	320-400
∅ 30	270-350

• max ziarno nie może być większe niż 1/3 średnicy węża i 1/2 grubości warstwy torketnic

• stosujemy różnego rodzaju środki zwiększające przyczepność, a także czas wiązania

• stosunek w/c od 0,3 do 0,5 (metoda mokra)

• punkty piaskowe są nieco wyższe niż w zwykłych betonach, cementach

Wykonawstwo:

• oczyścić powierzchnię z resztek brudu, korozji

• na 2-3 dni przed ułożeniem torketu myjemy powierzchnię wodą pod ciśnieniem, nasycamy je wodą

• zakładamy siatkę wzmacniającą na powierzchnię

• torket układami na powierzchni od dołu pasmami o szerokości 1-1,5 m (można nakładać kilka razy)

• jednorazowo można ułożyć: w metodzie suchej torket o grubości 2-5 cm, w metodzie mokrej 1-3 cm

• druga warstwa może być nakładana po 2 h (poprzednia powierzchnia jeszcze mokra, gdy jest już sucha nawilżamy aby następna warstwa miła lepszą przyczepność)

• po ułożeniu betonu przez 14 dni należy go pielęgnować (utrzymywać w stanie wilgotnym)

Zastosowanie:

• prace remontowe

• prace wzmacniające

• prace zabezpieczające

• stabilizacja zboczy

• wykonanie siatkobetonu

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

Betonowanie dwuetapowe

• proces może odbywać się na powietrzu lub pod wodą

• układanie mieszanki betonowej w dwóch etapach

I etap: ułożenie kruszywa grubego ∅ > 31,5

II etap: wprowadzenie zaczynu cementowego

• metody: Colerete (brytyjska), Prepakt (USA), Polerete (Polska)

• metody różnią się sprzętem do wytworzenia iniektol

Metoda polska (Polerte) - Iniektol przygotowuje się w bardzo szybkich obrotowych mieszadłach (ultramixery), 4-6 tyś. obr/min. Składniki przemielone są prawie do stanu koloidalnego, bo beton ma dużą penetrację i dużą lepkość. Iniektol we wszystkie pory i jamy. Pompa (10-15 at.) powinna działać cały czas, ultramixer okresowo. Produkowany w ten sposób beton nie ma skurczu, jeżeli jest przerwa to nie trzeba nic robić. Jest to metoda tania.

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)

Rodzaj temperatur:

okres chłodów: 10-5-0 °C
mróz: poniżej 0°C

lekki mróz: od 0 do -5°C

średni mróz: od -5 do -10 °C

silny mróz: poniżej -10 °C

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, aby charakteryzowała się dużym ciepłem hydratacji i możliwie szybkim przyrostem wytrzymałości

• cement powinien być: wyższych marek, o możliwie dużej zawartości alitu C₃S, drobniej zmielony będzie szybciej reagował z wodą, nie zalecane cementy z dodatkami hydraulicznymi oraz pucolanowymi, ilość cementu nie mniejsza niż 270 kg/m³ betonu.

• stosuje się różnego rodzaju domieszki np. chlorek wapnia CaCl₂ (powoduje korozję zbrojenia, dlatego nie zawsze można stosować ), Antigel oraz Gelex obniżają temperaturę zamarzania wody oraz przyśpieszają czas wiązania

• kruszywo powinno mieć nasiąkliwość do 2%, zawierać małe ilości frakcji pylastej

• mieszanka powinna zawierać małe ilości wody (woda zamarza i rozsadza beton)

2.Podgrzewanie mieszanki betonowej:

• często stosowana

• mamy dwa rodzaje tej metody: bezpośrednia, polegająca na podgrzaniu składników w betoniarce poprzez doprowadzenie pary (przez dysze, łopatki) oraz pośrednia, polegająca na podgrzaniu poszczególnych składników zanim zostaną zmieszane (nie zaleca się podgrzewania cementu, wodę najłatwiej podgrzać zwojnicą, kruszywo podgrzewa się w silosach)

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

Termoobróbka:

Naparzanie niskoprężne:

• urządzenie składa się z ocieplenia, klocków, komora zagłębiona, studzienka oraz rurociągu.

• para dopływa dołem

• para ma bezpośredni kontakt z betonem

• para o ciśnieniu atmosferycznym tzn. temperatura nie przekracza 100°C

• głównym celem pielęgnacji w parze jest uzyskanie dostatecznej wczesnej wytrzymałości betonu, tak aby można było przystąpić do dalszych czynności takich jak zdjęcie form lub opóźnienie toru naciągowego, prace te można wykonywać wcześniej niż przy zwykłym dojrzewaniu w wilgotnym środowisku, co wpływa korzystnie na ekonomię produkcji

• sposób pielęgnacji w parze jest głównie stosowany przy produkcji prefabrykatów

• pielęgnację w parze niskoprężnej stosuje się zwykle w specjalnych komorach lub tunelach, przez które przesuwają się na taśmie elementy betonowe, można również nad elementami betonowymi umieszczać przenośne nakrycia sztywne lub elastyczne (folie) i doprowadzać parę za pomocą przewodów

Nagrzewanie:

• para nie ma bezpośredniego kontaktu z betonem

• przy naparzaniu i nagrzewaniu zwłaszcza dużych elementów mogą nastąpić naprężenia termiczne (zarysowanie elementów)

• przyjęto wytyczne wzrostu i obniżenia temperatur

Cykl termoobróbki składa się z 4 faz:

Faza I : Dojrzewanie wstępne - cykl trwa 2-6h, beton ma uzyskać taką wytrzymałość, aby nie popękał w wyższej temperaturze (0,3-0,7 MPa)

Faza II : Rozgrzewanie (podnoszenie temperatury) - wzrost temperatury w czasie zależy od rodzaju elementu, jego grubości i rodzaju cementu: 25-30°C/h (cienkościenne) , 20-25°C/h (grubościenne).

Faza III : Nagrzew izotermiczny - utrzymywanie stałej temperatury, trwa tak długo, aż uzyskamy wymaganą wytrzymałość końcową

Faza IV : Studzenie (obniżenie temperatury) - wyłączamy dopiero po godzinie, otwieramy końce, element błyskawicznie 20°C/h (cienkościenne ), 10-15 °C/h (grubościenne).

Naparzanie wysokoprężne:

• ciśnienie 8-12 at.

• temperatura pary do 195°C (nie może przekroczyć 200°C)

• stosowane do termoobróbki betonów lekkich, komórkowych

Autoklawizacja:

• dojrzewanie mieszanki betonowej w prze o wysokim ciśnieniu

• naparzanie w autoklawach czystą parą pod ciśnieniem

• para ucieka dołem, z góry izolacja termiczna

• pielęgnację w parze powinno się stosować jedynie do betonów wykonywanych z cementu portlandzkiego, gdyż wysokie temperatury mają ujemny wpływa na cementy wysokoglinowe i supersiarczanowe

Pielęgnacja mieszanki betonowej:

Pielęgnacja mieszanki ma na celu:

• ochronę mieszanki przed urazami mechanicznymi (drgania)

• ochrona przed deszczami słońcem (zbytnie nawodnienie i wysychanie)

• ochrona przed niską temperaturą lub mrozem

• ochronę przed gwałtownym ochłodzeniem

Metody utrzymywania wilgoci:

• polewamy rozproszonym strumieniem wody

• przykrywanie betonu matami utrzymującymi wilgotność

• stosowanie preparatów, które zapobiegają parowaniu (np. Hydrolit, jest to materiał nakładany przy pomocy pistoletu lub pędzlem, zapobiega parowaniu wody, po 7-14 dni substancja ulatnia się )

• przykrywanie materiałami utrzymującymi wilgotność (maty z wełny szklanej): przykrywamy beton i polewamy wodą

Pielęgnacja:

• polewanie rozpoczynamy po 24h od momentu ułożenia mieszanki

• gdy temp jest powyżej 15°C przez pierwsze 3 dni 3 razy dziennie, raz w nocy, potem jak niżej

• 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

XIV. Betony specjalne

Beton specjalny w zasadzie jest odpowiednikiem betonu zwykłego, ale jednak o wymaganych specjalnych właściwościach gwarantujących korzystniejszą użytkową trwałość budowli. Specjalne właściwości betonu można zawsze osiągnąć przez optymalny ilościowo-jakościowy dobór składników C, W, K, dod, dom oraz przez wykonywanie na najwyższym poziomie czynności technologicznych. W niektórych betonach specjalnych istnieje jednak potrzeba zastosowania nietypowych składników powszechnie nie stosowanych do betonów zwykłych lub wysokowartościowych. Charakter betonów specjalnych wiąże się w większości przypadków z ich szczególnym przeznaczeniem w rzadko powtarzalnych warunkach lub budowlach.

Beton wysokowytrzymały

• beton o wytrzymałości powyżej 40 MPa (do 60 MPa)

• zaleca się stosować cementy wysokich klas 42,5 i wyższych

• stosunek w/c 0,3 - 0,4

• stosowanie środków opóźniających wiązanie: plastyfikatory - materiały dodawane do wody zarobowej w małych ilościach w stosunku do wagi cementu

• wytrzymałość skały kruszywa 2 razy większa niż wytrzymałość betonu, którą chcemy uzyskać

• zalecane jest kruszywo łamane lub naturalne o chropowatej powierzchni (duża przyczepność betonu np. bazalt, granit)

• wskazane jest pozbawienie kruszywa frakcji 2-4 mm

• ilość wody można zmniejszyć stosując odpowiedni stos okruchowy o jak najmniejszej jamistości

• przy projektowaniu mieszanki betonowej uwzględnia się ilość powietrza w mieszance (w innych rodzajach mieszanek betonowych zawartość powietrza się pomija)

• do projektowania stosuję się wzór Bolomey'a

Beton wysokowartościowy

• beton o wytrzymałości większej niż 60 MPa

• najwieksza uzyskana wytrzymałość to 120 (Chicago)

• dobra urabialność przez co najmniej 1h od wymieszania składników

• dobra szczelność o odporność na ścieranie , mała nasiąkliwość

• posiada bardzo mały skurcz

• są bardzo szczelne, mrozoodporne, wodoszczelne i odporne na korozję chemiczna

• uzyskujemy tworząc beton o bardzo małych porach, równomiernie rozłożonych

• maksymalnie obniżamy stosunek w/c

• obniżamy maksymalnie dodawanie wody (ciężkourabialny), dodajemy superplastyfikatorów

• cementy klas 42,5 oraz wyższe

• kruszywo łamane o chropowatej powierzchni

• piasek płukany , bez pyłu

• frakcja 2/4 powinna stanowić nie więcej niż 4%

• dodajemy mikrokrzemionkę w ilości 10-25% wagi cementu , która wypełnia pory cementu

• mikrokrzemionka zmielona jest do stanu koloidalnego

• beton nie spełnia wzoru Bolomey'a, przy projektowaniu bazujemy na wzorze Abramsa

• zastosowanie: wysokie budynki, mosty, tunele

Beton odporny na agresję chemiczną

• beton odporny na korozję chemiczną

• agresja łupująca - jony wapnia z są rozpuszczane w wodzie, powstają wody miękkie, powstają wykwity

• reakcje wymiany - powstają nowe związki, które mniejszą wytrzymałość bądź nie mają właściwości wiążących

• reakcje, w których powstają nowe związki, które zwiększają swoją objętość (rozkruszenie, spękanie)

Rodzaje agresji chemicznych:

Agresywność kwarcowa

0 < pH < 7 odczyn kwaśny

pH = 7 odczyn obojętny

7 < pH < 14 odczyn zasadowy

Betony na początku mają odczyn pH=12, przyłączając wodorotlenki wapnia (w wyniku działania CO2 z powietrza ) przechodzą w węglany, następuje obniżenie pH do 8-9.

Korozja I stopnia: Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O

Korozja II stopnia: Ca(OH)₂ + H₂SO₄ → CaSO₄ + 2H₂O

Korozja III stopnia: Ca(OH)₂ + MgCl₂ → CaCl₂ + Mg(OH)₂

Agresja węglanowa (odmiana agresji kwarcowej ) - węglany wapnia CaCO₃ w obecności Na₂CO₃ , MgCO₃ , wody i wolnego CO₂ przechodzą w nierozpuszczalne węglany wapnia

Agresywność siarczanowa - jony SO₄^2- reagują ze stwardniałymi składnikami zaczynu cementowego zwiększając swoją objętość. W zależności od temperatury, składu powstają CaSO₄ . 2H₂O

3CaO . Al₂O₃CaSO₄ . 31H₂O - najbardziej niebezpieczny (zwiększa objętość o 170%)

Beton mrozoodporny

• zamarzająca woda zwiększa swoją objętość o 9% (nawet do 13%)

• temperatura zamarzania może być nawet od -4°C (w zależności od zawartości innych związków)

• destrukcja zależy od stopnia nasycenia betonu wodą (zwiększenie objętości po zamarznięciu), krytyczne nasycenie betonu wodą - 92%

• im mniejsze pory kapilarne tym woda nie będzie zamarzała szybko (im mniejsza średnica tym mniejsza temp zamarzania)

• destrukcja zależy także od wędrówki wody w kapilarach (sorpcje, dyfuzje)

Skład betonu mrozoodpornego:

• 400 kg/m³ cementu (zbyt duża ilość powoduje skurcze oraz rysy)

• konsystencja gęstoplastyczna

• kruszywo nienasiąkliwe

• domieszki napowietrzające (wprowadzają powietrze do betonów)

• na powierzchni tworzy się cienka błona elastyczna

Beton wodoszczelny (hydrotechniczny)

• przeznaczony do obiektów budownictwa wodnego

• zagrożony jest działaniem nie tylko wody ale również roślin wodnych i związków chemicznie agresywnych

• rozróżnia się następujące marki betonów W2, W4, W6, W8 ,gdzie 2,4,6 to wielkość ciśnienia wody zanurzonego w at. , przy którym próbka grubości 15 cm nie powinna wykazywać przesiąkania wody

• wodoszczelność betonu wzrasta wraz z jego wiekiem i zależy od jego początkowej wilgotności

• konsystencja możliwie najgęstrza, ale gwarantująca dobre zagęszczenie w każdym miejscu

• długa pielęgnacja wilgotnościowa - co najmniej 14 dni

• dojrzewanie w temperaturze poniżej +40°C

• stosować cementy o małym cieple twardnienia

• ograniczyć ilość cementu do minimum (powoduje to jednocześnie pogorszenie urabialności)

• kruszywo o max średnicy ziaren 63 mm

Beton o podwyższonej odporności na ścieranie

• stosowanie kruszywa odpornego na ścieranie (bazalt, granit ), najlepsze grube kruszywo łamane

• wytrzymałość skały powyżej 1200 kg/cm²

• odporność betonu zależy od wytrzymałości zaprawy oraz czasu

• środki do utwardzania powierzchni (zwiększają odporność na ścieranie)

Ścieranie odbywa się w dwóch aspektach:

• przy przemieszczaniu przedmiotów po betonie (przeciąganie itd.), następują równomierne straty kruszywa i zaczynu

• niszczenia powierzchni betonu w wyniku uderzania drobnych ziaren (np. silosy), następuje niszczenie zaprawy otaczającej ziarna, aż w końcu są wyrywane

Fibrobeton

Beton odporny na wysokie temperatury

• beton zwykły na cemencie portlandzkim może pracować w sposób ciągły do temperatury 200°C

• przy podnoszeniu temperatury powyżej 200°C następuje destrukcja (występują rysy wewnętrzne)

• różna rozszerzalność termiczna zaczynu i kruszywa (powstają naprężenia wewnętrzne)

• betony odporne na wysoką temperaturę dzielimy w zależności od temperatury: beton żaroodporny (pracują do temp. 1100°C) oraz beton ognioodporny (pracujący powyżej temp 1100°C/h )

• stosować cement portlandzki wytrzymały do temp. 200-250°C

• zalecane są cementy glinowe o możliwie dużej zawartości Al₂O₃

Al₂O₃ - 65-67% to może pracować do 1600°C bez destrukcji

Al₂O₃ - 80% to może pracować do 2000°C bez destrukcji

• odporność można zwiększyć stosując dodatek popiołów lotnych (najlepsza jest ceramika)

• kruszywa:

korund do 1900 °C

karborund powyżej 2000 °C

magnetyt do 2000 °C

ruda chromu do 1900 °C

gruz ceglany do 900 °C

bazalt do 800 °C

żużle, pumeksy, keramzyt do 1000 °C

• maksymalne ziarno do 16 mm

• kruszywo drobne i grube powinno być tej samej skały

• betoniarki o długim czasie mieszania (5-8 min.)

Pielęgnacja po wykonaniu elementu (na cementach glinowych):

• pielęgnacja po 4-8h przez 7 dni

• stosuje się wypalanie betonu przeprowadzone w 7-10 dni po położeniu

• stopniowe przyzwyczajanie do wysokich temperatur (bardzo powoli podnosimy temperaturę)

• celem wygrzewania jest odprowadzenie wody

• po wypaleniu następuje odwodnienie wiązań hydraulicznych i w to miejsce tworzą się wiązania cementowe (odporne na wysokie temperatury)

• w przypadku elementów o grubości o 0,2 m podnosimy temperaturę do 150°C z szybkością 20°C/h, następnie beton przetrzymujemy w tej temperaturze przez 7h , następnie podnosimy temperaturę z prędkością 100°C/h

• w przypadku elementów o grubości 0,4 m podnosimy temperaturę do 150°C z szybkością 10°C/h, następnie temperaturę utrzymujemy przez 80h, następnie podnosimy temperaturę z prędkością 50°C/h

---