MATERIAŁY BUDOWLANE Z TECHNOLOGIĄ BETONU

Egzamin

Zestaw tematyki obowiązującej na egzaminie:

1. Kruszywa (naturalne, ciężkie i sztuczne, w tym lekkie).

2. Spoiwa.

3. Woda do betonów.

4. Norma PN-88/B-06250 - „Beton zwykły” i PN-EN 206-1 - „Beton. Część 1. Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność“ (fragmenty).

5. Projektowanie betonów zwykłych.

6. Podstawy projektowania betonów wysokiej wytrzymałości.

7. Badania techniczne betonów.

8. Wykonanie mieszanki betonowej.

9. Transport mieszanki betonowej.

10. Układanie i zagęszczanie mieszanki betonowej.

11. Pielęgnacja mieszanki betonowej.

12. Dodatki i domieszki do betonów.

13. Betony lekkie - klasyfikacja, właściwości i podstawy projektowania.

14. Betony specjalne.

15. Nowoczesne materiały budowlane modyfikowane polimerami.

1. Kruszywa (naturalne, ciężkie i sztuczne, w tym lekkie).

Kruszywo jest składnikiem wypełniającym beton, a jako wypełniacz posiada formę sypką złożona z okruchów ciał stałych. Objętość absolutna w betonie wynosi przeciętnie 60-75 %, ale w szczególnych przypadkach dochodzi do 80%. Od kruszywa zależy m.in. wytrzymałość na ściskanie, gęstość objętościowa, przewodność cieplna, odporność na czynniki oddziałujące podczas eksploatacji. Natomiast od objętości kruszywa w betonie zależy, czy do wypełnienia pustych przestrzeni między ziarnami trzeba będzie użyć więcej czy mniej cennego kruszywa.

Ze względu na rodzaj betonu wyróżnia się kruszywa do betonu ciężkiego, zwykłego, lekkiego kruszywowego i lekkiego mikrokruszywowego. Do betonu ciężkiego stosuje się kruszywa o gęstości objętościowej ziaren powyżej 3000 kg/m³. Do betonu zwykłego stosujemy kruszywo o gęstości objętościowej 2000-3000 kg/m³.

Asortyment

Rodzaj kruszywa

Wielkość ziarn [mm]

Grupa

Kruszywa naturalne

Kruszywa łamane

Podgrupa

od

do

Niekruszone

Kruszone

Zwykłe

Granulowane

Drobne

0,0

2,0

piasek zwykły

pospółka

mieszanka kruszywa naturalnego

piasek kruszony

mieszanka z otoczaków

miał

niesort

piasek łamany

mieszanka kruszywa łamanegosortowana

2,0

4,0

Grube

4,0 8,0 16,0 31,5

8,0 16,0 31,5 63,0

żwir

grys z otoczaków

kliniec tłuczeń

grys

Bardzo grube

63,0

250

otoczaki

-

kamień łamany

-

Kruszywa lekkie
Naturalne	Sztuczne
		spieniane	spiekane	granulowane
Pumeksoporyt Węglanoporyt Łupkoporyt ze zwałów Tufoporyt	Pumeks hutniczy Szkło piankowe	Keramzyt Popiołoporyt Glinoporyt Łupkoporyt Perlitoporyt Wermikulitoporyt	Żużel wielkopiecowy Elporyt Ardelit

Do najbardziej popularnych kruszyw organicznych należą: wióry, trociny drewniane, sieczka ze słomy, trzciny i innych roślin, korek, guma. Wytrzymałość takich betonów nie przekracza 4 MPa.

Keramzyt otrzymuje się przez wypalanie niskotopliwych iłów i glin o zdolności pęcznienia pod wpływem temperatury. W tym celu zarabia się surowiec wodą do gęstej konsystencji. Rozdrobnioną na kawałki masę wypala się w piecach obrotowych w temp. około 1250ºC. Stopień pęcznienia glin, ewentualne ich uszlachetnienie i technika wypału prowadzą do uzyskiwania keramzytu o dużej wytrzymałości przy niskiej gęstości.

Glinoporyt produkowany jest z glin niepęczniejących, które po zarobieniu wodą na gęste ciasto wypala się i kruszy. Uzyskuje się wówczas kruszywo średniej wartości, mało jednorodne. Pory powstają na skutek odparowywania wody przy wypale.

Lp.	Keramzyt	Glinoporyt
Gęstość objętościowa	0,9-1,4	1,3-1,6
Nasiąkliwość masowa, %	15-25	18-25
Mrozoodporność, %	pełna	pełna
Porowatość, %	20-50	20-40

2. Spoiwa.

Przez spoiwo rozumie się ten składnik, który w wyniku przemian fizycznych, chemicznych, bądź fizykochemicznych twardnieje, łącząc się w monolityczną całość z rozdrobnionym składnikiem stałym.

Spoiwa możemy podzielić na mineralne (powietrzne i hydrauliczne) oraz organiczne (żywiczne i bitumiczne). Spoiwa powietrzne wiążą tylko w powietrzu. Spoiwa hydrauliczne mogą wiązać w powietrzu i pod woda, a nawet woda powoduje stały wzrost ich wytrzymałości.. Spoiwa żywiczne powstały na bazie żywicy (epoksydowe, poliestrowe, akrylowe, furanowe i fenolowe). Spoiwa bitumiczne powstają na skutek krzepnięcia lub odparowania rozpuszczalnika. Znane są bardziej pod nazwą lepiszcza.

Cement portlandzki (CEM I) to najpowszechniej stosowany cement na świecie. Produkowany jest w największej ilości zróżnicowanych klas i zróżnicowanej szybkości procesu dojrzewania (N, W, S). Norma odróżnia także odmianę R (o wysokiej wytrzymałości wczesnej - po 2 do 7 dniach). Cement portlandzki zawiera tylko jeden główny składnik - klinkier w ilości co najmniej 95%. Pozostałe cechy

- dominującą frakcją są ziarna 20-40 μm,

- gęstość nasypowa 1,1-1,3 kg/dm³

- gęstość właściwa 3,1 kg/dm³

- jest higroskopijny i może wsysać wilgoć z powietrza (wietrzenie cementu),

- wytrzymałość na ściskanie do 2000 MPa.

Cement portlandzki można stosować do wszelkich konstrukcji betonowych i żelbetowych bez względu na porę roku i warunki dojrzewania. Dobór klasy cementu zależy głównie od wymaganej wytrzymałości na ściskanie betonu.

Cement hutniczy (CEM III) ma zbliżone cechy do cementu portlandzkiego. Głównych składnikiem jest żużel wielkopiecowy. Różnice w ilościach składników chemicznych (mniej CaO, a więcej SiO₂) nadają mu szczególnych własności, do których -w porównaniu z CEM I - można zaliczyć:

- wolniejszy czas wiązania i twardnienia,

- opóźniony początek i koniec wiązania,

- wybitnie osłabiony proces wiązania w niskiej temp.,

- wyższa odporność na działanie środowiska o średniej agresji, zwłaszcza siarczanowej,

- wydzielanie mniejszej ilości ciepła,

- wyższy przyrost wytrzymałości po upływie 28 dni, a o wiele wyższy po upływie po 90 dniach,

- niższy skurcz o około 40%,

- niższa nasiąkliwość, wyższa mrozoodporność

Cement glinowy istotnie różni się w swojej budowie, składzie chemicznym i procesie wiązania od rodziny cementów portlandzkich. Głównym czynnikiem wywołującym wiązanie jest tutaj tlenek glinowy Al₂O₃, a nie CaO. Ponad 70% stanowią gliniany wapnia o różnych postaciach (CA, czyli CaO* Al₂O₃). Cement ten zawiera dużo żelaza. Niektóre z podstawowych cech i różnic:

- duża odporność korozyjna

- potrzebuje do wiązania około 30% więcej wody od cementu portlandzkiego

- ma najwyższą wytrzymałość początkową (do 60 MPa po 24 godzinach, czyli około 85% wytrzymałości końcowej),

- ma najwyższy stopień kaloryczności,

- ma największą odporność na działanie środowiska chemicznego,

- największa ognioodporność,

- cement ten jest bardzo drogi i wymagający, jeśli chodzi o warunki dojrzewania.

3. Woda do betonów.

Woda zarobowa jest to woda, którą dodaje się do mieszaniny cementu i kruszywa, aby uzyskać mieszankę betonową o żądanej konsystencji i umożliwiać proces wiązania cementu. Dlatego bardzo ważne jest określenie rodzaju i ilości użytej wody.

Rola:

- jak najszybsze otulenie wszystkich ziaren suchych składników betonu i to jak najcieńszą powłoką (przede wszystkim ziarna cementu i miału skalnego),

- utworzenie zolu, czyli lepkiej wody dzięki połączeniu wody z drobnymi cząstkami.

Najlepszą wodą jest woda pitna, gdy brakuje takiej wody stosujemy wody powierzchniowe - rzeczne, za stawów, z jezior itp. oraz czyste wody gruntowe.

Podstawowe wymagania:

- norma PN-88/B-32250 „Woda zarobowa do betonów”

- sucha pozostałość nie więcej niż 1500 mg/l,

- zawartość siarczanów nie więcej niż 600 mg/l,

- stężenie jonów wodorowych (pH) nie niżej niż 4,

- zawartość cukrów nie więcej niż 500 mg/l

- zawartość siarkowodoru nie więcej niż 20 mg/l,

- zawartość chlorków nie więcej niż 400 mg/l

- woda nie powinna wykazywać zabarwienia, zapach gnilnego ani zawierać zawiesiny.

gdzie:

- W ilość wody [dm³]

- C masa cementu [kg]

- K masa kruszywa [kg]

- w wodożądności

4. Norma PN-88/B-06250 - „Beton zwykły” i PN-EN 206-1 - „Beton. Część 1. Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność“ (fragmenty).

1. Pojęcia podstawowe

Mieszanka betonowa - mieszanina wszystkich składników przed związaniem betonu

Beton zwykły - beton o gęstości powyżej 1,8 kg/dm³ wykonany z cementu, wody kruszywa mineralnego o frakcjach piaskowych i grubszych oraz ewentualnych dodatków mineralnych i domieszek chemicznych

Urabialność mieszanki betonowej - zdolność do łatwego i szczelnego wypełnienia formy przy zachowaniu jednorodności mieszanki betonowej

Konsystencja mieszanki betonowej - stopień jej ciekłości

Zaczyn cementowy - mieszanina cementu i wody

Zaprawa - mieszanina cementu, wody i pozostałych składników, które przechodzą przez sito kontrolne o boku oczka kwadratowego 2 mm

Zarób mieszanki betonowej - ilość mieszanki jednorazowo otrzymanej z urządzenia mieszającego lub pojemnika transportowego

Partia betonu - ilość betonu o tych samych wymaganiach, podlegająca oddzielnej ocenie, wyprodukowana w okresie umownym - nie dłuższym niż 1 miesiąc - z takich samych składników, w ten sam sposób i w tych samych warunkach.

Klasa betonu - symbol literowo-liczbowy (np. B25) klasyfikujący beton pod względem jego wytrzymałości na ściskanie; liczba po literze B oznacza wytrzymałość gwarantowaną

(np. beton klasy B25 przy
=25 MPa)

Wytrzymałość gwarantowana
- wymagane przy danej klasie ograniczenie dolne do minimalnej wytrzymałości betonu, z uwzględnieniem liczby próbek, przy założonej wadliwości 5% oraz przy poziomie ufności co najmniej 0,5.

Nasiąkliwość betonu - stosunek masy wody, którą zdolny jest wchłonąć beton do jego masy w stanie suchym.

Stopień wodoszczelności - symbol literowo-liczbowy klasyfikujący beton pod względem przepuszczalności wody, liczba po literze W oznacza 10- krotną wartość ciśnienia wody w MPa, działającego na próbki betonowe.

Stopień mrozoodporności - symbol literowo-liczbowy klasyfikujący beton pod względem jego odporności na działanie mrozu, liczba po literze F oznacza wymaganą liczbę cykli zamrażania i odmrażania próbek betonowych.

2. Klasy betonów, stopnie mrozoodporności i wodoszczelności

Pojęcie	Podział
Klasy betonów	B7,5, B10, B12,5, B15, B17,5, B20, B25, B30, B35, B40, B50
Stopnie mrozoodporności	F25, F50, F75, F100, F150, F200, F300
Stopnie wodoszczelności	W2, W4, W6, W8, W10, W12

Jednakże F200 i F300 są sporadycznie uzyskiwane, jak również W2 i W4 nie ma praktycznego zastosowania.

3. Warunki dojrzewania betonu.

Warunki do dojrzewania betonu - warunki, w których znajduje się beton w okresie od jego wykonania do 28 dni lub innego terminu określonego warunkami technicznymi. Rozróżnia się następujące warunki:

- laboratoryjne - temp.
i wilgotność względna powietrza powyżej 90%

- naturalne - temp. średnia dobowa nie niższa niż

- obniżonej temperatury - temp. średnia dobowa od 5 do

- zimowe - temp. średnia dobowa poniżej

- podwyższonej temperatury - występujące w procesie przyspieszonego dojrzewania.

Temperaturę średnią dobową wyznaczamy ze wzoru:

gdzie:

- T₇ - temperatura zmierzona o godzinie 7.00

- T₁₃ - temperatura zmierzona o godzinie 13.00

- T₂₁ - temperatura zmierzona o godzinie 21.00

4. Najmniejsza dopuszczalna ilość cementu w mieszance betonowej.

Beton zwykły	Min. cementu w kg na 1 m^3		Max. w/c
		Zbrojonego		Niezbrojonego
Osłonięty przed bezpośrednim działaniem czynników atmosferycznych (np. otynkowanych)	220	190	0,75
Narażonych bezpośrednio na działanie czynników atmosferycznych	270	250	0,60
Narażony na stały dostęp wody przed zamarznięciem	270	270	0,55

Przy zagęszczaniu ręcznym mieszanki betonowej, ilości cementu należy zwiększyć o 20kg/m³. Największa ilość cementu nie powinna przekraczać:

- 450 kg/m³ - w betonach klas poniżej B35

- 550 kg/m³ - w betonach pozostałych klas.

5. Konsystencje.

Konsystencja i jej symbol	Sposoby zagęszczania i warunki formowania	Wskaźnik według metody
				Ve - Be, s	Stożka opadowego, cm
Wilgotna K - 1	mieszanki wibrowane (powyżej 100Hz) i wibroprasowane; przekroje proste, rzadko zbrojone	>28	-
Gęstoplastyczna K - 2	mieszanki wibrowane lub ręcznie ubijane; przekroje proste, rzadko zbrojone	27 - 14	-
Plastyczna K - 3	mieszanki wibrowane i ręcznie sztychowane, przekrje proste, normalnie zbrojone (ok. 1-2,5%) lub mieszanki wibrowane; przekroje złożone, rzadko zbrojone	13 - 7	2 - 5
Półciekła K - 4	mieszanki wibrowane lub ręcznie sztychowane; przekroje złożone, gęsto zbrojone lub ręcznie sztychowane; przekroje proste, normalnie zbrojone	<6	6 - 11
Ciekła K - 5	mieszanki ręcznie sztychowane	-	12-15

6. Beton

Wytrzymałość betonu na ściskanie:

gdzie:

-
- najmniejsza wartość wytrzymałości w badanej serii n próbek

- α - współczynnik zależny od liczby próbek n

Liczba próbek, n	α
3 - 4	1,15
5 - 8	1,10
9 - 14	1,05

-
- wytrzymałość gwarantowana

Jeśli warunek nie jest spełniony to:

- po pierwsze

- po drugie

Przy liczbie kontrolowanych próbek równej lub większej niż 15

7. Nasiąkliwość

Nasiąkliwość betonu nie powinna być większa niż:

- 5% - w przypadku betonów narażonych bezpośrednio na działanie czynników atmosferycznych

- 9% - w przypadku betonów osłoniętych przed bezpośrednim działaniem czynników atmosferycznych

Oznaczanie nasiąkliwości przeprowadza się na co najmniej 5 próbkach, wyciętych z różnych miejsc konstrukcji, reprezentujących jakość danego betonu po 28 dniach dojrzewania

5. Projektowanie betonów zwykłych.

Projektowanie betonu - postępowanie prowadzące do ustalenia jakości i liczby składników mieszanki betonowej (cementu, kruszywa i wody oraz ewentualnie specjalnych domieszek i/lub dodatków) zapewniających uzyskanie założonych właściwości betonu.

Beton zwykły można podzielić przy projektowaniu na trzy grupy:

- betony niskich wytrzymałości (≤ C20/25),

- betony średnich wytrzymałości (do C40/50),

- betony wysokich wytrzymałości (≥C50/60).

Ogólny tok postępowania przy projektowaniu

Projekt betonu zawsze dotyczy konkretnego obiektu i dlatego projektant konstrukcji narzuca z góry wytrzymałość betonu, określając ją jako klasę betonu. Konsystencję również zakładamy uwzględniając typ konstrukcji i możliwość zagęszczania.

1. Ustalenie rodzaju składników,

2. Zbadanie przyjętych składników i określenie tych cech, które będą potrzebne do ustalenia ilości składników na 1 m³ mieszanki betonowej,

3. Ustalenie ilościowego składu mieszanki betonowej na 1 m³ według dowolnej metody,

4. Skontrolowanie doświadczalne,

5. Ustalenie składu roboczego mieszanki,

6. Ustalenie składu ilościowego na jeden zarób.

Metoda trzech równań

Metodę trzech równań stosujemy tylko w tym przypadku, gdy kruszywo traktuje się jako całość, nie rozdzielając w obliczeniach na drobne i grube.

• Równanie wytrzymałości (ze wzoru Bolomey'a):

; dla

; dla

• Równanie szczelności (równanie objętości):

• Równanie wodożądności (równanie na ilość wody lub równanie ciekłości)

Metoda punktu piaskowego

Metoda ta opiera się na przyjęciu punktu piaskowego, czyli stosunku piasku do całości kruszywa

• Równanie wytrzymałości (ze wzoru Bolomey'a):

; dla

; dla

• Równanie szczelności (równanie objętości):

• Równanie wodożądności (równanie na ilość wody lub równanie ciekłości)

• Równanie charakterystyczne

gdzie:

- P_p zawartość frakcji piaskowej w piasku (dla piasku idealnego P_p=100%),

- P_i dla betonów zazwyczaj 35, 40, 45,

- P_ż zawartość frakcji piaskowej w kruszywie grubym (np. żwir).

Metoda paszkowskiego pojedynczego otulenia

• Równanie wytrzymałości (ze wzoru Bolomey'a):

; dla

; dla

• Równanie szczelności (równanie objętości):

• Równanie wodożądności (równanie na ilość wody lub równanie ciekłości)

• Równanie charakterystyczne dla metody

gdzie:

- m współczynnik spęcznienia

Metoda paszkowskiego pojedynczego otulenia

• Równanie wytrzymałości (ze wzoru Bolomey'a):

; dla

; dla

• Równanie szczelności (równanie objętości):

• Równanie wodożądności (równanie na ilość wody lub równanie ciekłości)

• Równanie charakterystyczne dla metody

gdzie:

-
oraz

Metoda iteracji według Kuczyńskiego

Lp.	I	II	III	IV	V	VI
G	2	2	2	2	2	2
Ż	1	2	2,5	3	2,5	2,5
P	-	-	-	-	2,5	3
	3
V	objętość I	objętość II	objętość III	objętość IV	objętość V	objętość VI

6. Podstawy projektowania betonów wysokiej wytrzymałości.

Betony wysokich wytrzymałości określane w literaturze także jako wysokowartościowe, teoretycznie nie mają ograniczonej górnej wytrzymałości. Praktycznie uzyskiwano już betony cementowe do 100 MPa, a w laboratoriach nawet powyżej 200 MPa. W naszych krajowych warunkach wykonuje się betony maksimum do C60/75. Ponieważ koszt takich betonów jest bardzo wysoki, produkuje się z nich tylko specjalne elementy, np. konstrukcje wstępnie sprężone, bloki do obudowy tuneli, pale, rury żelbetowe.

Nie ma ścisłej metody projektowania składu przedmiotowych betonów. Przyjmuje się tylko pewne zasady:

- stosowanie cementów klas co najmniej 42,5, o spowolnionym tempie dojrzewania, szczególnie korzystne sa cementy hutnicze,

- ilość cementu powinna mieścić się w granicach 400-550 kg/m³,

- konieczne jest wprowadzenie dodatku mineralnego i upłynniacza (superplastyfikatora),

- należy unikać ziaren do 0,25 mm i powyżej 16 mm,

- unikać kruszyw o uziarnieniu nieciągłym,

- ilość zaprawy powinna zapewnić dobrą urabialność i mieścić się w granicach od 500 do 600 dm³/m³ betonu,

- założyć

Istotny wpływ na jakość BWW ma cement. Powinien się on cechować:

- wysoki moduł krzemianowy,

- jak najniższą wodożądnością,

- ilość zaczynu 260-300 dm³, a ilość zaprawy 460-500 dm³,

- jak największą ilością żelu CSH, dlatego korzystne jest stosowanie cementu belitowego lub hutniczego.

Organizacyjne zasady postępowania w projektowaniu.

1. Projektant podaje klasę betonu i może narzucić dopuszczalne wielkości kruszywa, wskaźnik W/C, graniczne ilości cementu,

2. Wykonawca ustala konsystencję mieszanki betonowej, sposób transportu na plac budowy, metodę zagęszczania i pielęgnacji. Kontroluje przebieg betonowania

3. Producent dobiera, na podstawie danych od projektanta i wykonawcy, rodzaje składników i ich ilość, skład roboczy, rodzaj transportu na teren budowy obiektu. Obowiązkowo dostarcza atest jakościowy.

7. Badania techniczne betonów.

Do podstawowych badań technicznych betonu należą:

1. badanie wytrzymałości betonu na ściskanie

Badanie wykonuje się na próbkach sześciennych lub wyjątkowo na próbkach walcowych.

Typ A d=20 cm kruszywo od 32 do 63 mm

Typ B d=15 cm kruszywo od 16 do 32 mm

Typ C d=10 cm kruszywo do 16 mm

Próbki walcowe stosujemy, gdy jest to wyraźnie zaznaczone w dokumentacji technicznej. Próbki przechowujemy w temp. 18+/-2 ºC przy wilgotności względnej powyżej 90%.

Wyniki należy zawsze odnieść do kostki o krawędzi 15 cm wg przeliczenia:

2. Badanie skurczu

Badanie to przeprowadza się w aparacie Amslera. Bada się w nim próbki w kształcie beleczek o wymiarach 10x10x50 cm, a dla zaprawy 4x4x16. Wadą tego aparatu jest badanie próbek, które nie zawierają ziaren kruszywa powyżej 16 mm.

3. Badanie modułu sprężystości E₀

Pomiar przeprowadzamy poprzez kilkakrotne obciążanie i odciążanie próbki. Próbkę obciąża się i odciąża 10-krotnie od naprężeń σ₁=0,1f do naprężeń σ₂=0,1f. Do badań najczęściej stosujemy tensometry nasadowe.

4. Badanie pełzania

Pełzanie bada się w prasach o samoczynnym regulowaniu stałego ciśnienia, mimo zmniejszania się wymiarów próbki. Kontrolę prowadzi się za pomocą podłączonego nanometru.

5. Badania wodoszczelności

6. Badania nasiąkliwości (masowa i objętościowa)

8. Wykonanie mieszanki betonowej.

Pod pojęciem wykonania betonu rozumie się wszystkie czynności, które należy przeprowadzić od momentu uzyskania recepty składu mieszanki betonowej aż do momentu przekazania betonu do eksploatacji. Proces ten dzieli się na etapy:

1. Przyjmowanie i magazynowanie składników,

2. Przygotowanie mieszanki betonowej

- dozowanie składników,

- mieszanie składników

3. Transport od miejsca mieszania do miejsca przeznaczenia,

4. Układanie i zagęszczanie,

5. Pielęgnacja,

6. Kontrola poziomu wykonania mieszanki i betonu w konstrukcji.

Metody przyspieszonego dojrzewania betonów

1. Oddziaływania mechaniczne:

- zagęszczanie z użyciem docisku,

- zagęszczanie przy jednoczesnym obniżeniu W/C,

- rewibracja,

- ultrawibracja,

2. Oddziaływania chemiczne:

- dodatki przyspieszające wiązanie,

- cementy szybkotwardniejące

3. Obróbka cieplna

- nagrzewanie

- stosowanie gorącej mieszanki

Betonowanie w warunkach zimowych

Warunki zimowe dla robót zimowych trwają przez cały okres, kiedy średnia dobowa temperatura powietrza jest niższa od +10ºC. W Polsce przyjęto, że taki okres występuje od 15 listopada do 15 marca. Obniżone temp. zwalniają proces dojrzewania betonu lub całkowicie go przerywają.

Ze względu na charakter, skutki i sposób postępowania przy betonowaniu okres obniżonej temperatury w Polsce dzieli się według następujących zakresów temperatur:

a) okres chłodów: +10ºC do +5ºC - lekki chłód

+5ºC do0ºC - chłód

b) okres mrozów 0ºC do -5 - lekki mróz

-5ºC do -10ºC - średni mróz

poniżej -10ºC - silny mróz

Temperaturą krytyczną w Polsce jest -1ºC (czyli taka, przy której zamarza w betonie około 50% wody wolnej).

Wpływ okresu chłodu na dojrzewający beton:

- opóźnienie początku i końca wiązania

- wydłużenie czasu wiązania

- zwolnienie procesu twardnienia

Sposoby postępowania

Roboty prowadzone w zimie wymagają spełnienia dwóch warunków technologicznych:

- beton musi uzyskać właściwą odporność zanim ulegnie zamrożeniu,

- beton musi uzyskać wymaganą wytrzymałość w określonym czasie.

Wyróżnić możemy cztery zasadnicze metody postępowania:

1. Metoda modyfikacji wykonywania mieszanki betonowej,

- stosowanie cementów wyższych marek,

- stosowanie mniej ciekłych konsystencji,

- projektowanie betonu o odpowiednio wyższej wytrzymałości, uwzględniając jej spadek,

- stosowanie domieszek zimowych,

- stosowanie ciepłych mieszanek,

- w szczególnych przypadkach korzystne może okazać się stosowanie tzw. betonów zimnych.

2. Metoda zachowania ciepła,

Idea metody polega na takiej ochronie betonu przed utratą ciepła, aby w momencie ostygnięcia do 0ºC beton uzyskał założoną, konieczną w tym momencie wytrzymałość.

3. Metoda podgrzewania,

W okresie zimowym można stosować nagrzewanie w temperaturach podwyższonych (od 20ºC do 40ºC) lub w temperaturach wysokich (od 60ºC do 80ºC). W obu przypadkach jako medium grzewcze wykorzystuje się :

- ciepłe powietrze

- parę wodną

- energię elektryczną

- promienie podczerwone

4. Metoda cieplaków.

Cieplak to prowizoryczne pomieszczenie, w którym można utrzymać wyższą temperaturę w stosunku do temperatury na zewnątrz cieplaka. Rozróżniamy cieplaki stałe i ruchome wykonane z drewna, z lekkiej osłony na ruszcie drewnianym lub stalowym, powłokowe pneumatyczne.

9. Transport mieszanki betonowej.

Rozróżniamy transport bliski (odległość od placu budowy nie więcej niż 250 m) i transport daleki (nawet do kilkudziesięciu kilometrów).

Warunki dobrego transportu polegają na tym, aby nie dopuścić do:

- rozsortowania składników,

- rozpoczęcia procesu wiązania w czasie transportu,

- rozrzedzenia mieszanki,

- zbytniego ochłodzenia.

Środki transportu bliskiego:

- taczki,

- wózki ręczne,

- koleby,

- transportery taśmowe

Środki transportu dalekiego:

- betoniarki na podwoziu samochodowym,

- wywrotki samochodowe z udoskonalonymi skrzyniami do transportu mieszanek betonowych,

- zwykłe wywrotki samochodowe.

Ponadto stosuje się transport pompowy (tylko na terenie budowy) oraz transport metodą rynnową. W transporcie pompowym mieszanka przesuwa się ruchem laminarnym, a więc nie ulega mieszaniu wewnątrz przewodów. Zachodzić to może tylko wówczas, gdy powierzchnie przewodów pokryte są warstwą zaczynu cementowego oraz konsystencje betonu jest plastyczna (przy bardziej suchej - korkowanie, przy bardziej ciekłej - segregacja i w konsekwencji korkowanie). Idea transportu rynnami polega na tym, że mieszanka betonowa nie może się toczyć, lecz musi się zsuwać pod wpływem własnego ciężaru, wówczas bowiem nie podlega rozdzieleniu składników. Mieszanka betonowa musi więc utrzymać swoją konsystencję w ciągu co najmniej 1 godziny. W tym celu dodajemy bentonit, popiół lotny, plastyfikator, środki napowietrzające, proszek aluminiowy.

10. Układanie i zagęszczanie mieszanki betonowej.

Sposób układania mieszanki betonowej zależy od typu konstrukcji, konsystencji mieszanki i sposobu zagęszczania, które powodują, że sposób układania musi być z góry zaplanowany. Plan powinien uwzględniać:

- sposób wprowadzenia mieszanki do miejsca przeznaczenia,

- sposób układania,

- sposób zagęszczania,

- układ miejsc przerw roboczych i sposobu wykończenia powierzchni betonu na okres przerwy roboczej,

- kolejność betonowania elementów lub ich fragmentów.

Podstawowym warunkiem jest nie dopuszczenie do rozsortowania się składników. Należy również pamiętać, aby ostatni odcinek opadania był pionowy, a nie ukośny.

Mieszankę betonową można układać:

- warstwami poziomymi ciągłymi,

- warstwami poziomymi ze stopniami,

- warstwami pochyłymi.

Zagęszczanie

Ogólne zasady:

- mieszanka musi być zagęszczona do stanu ścisłego i jednorodnego,

- deskowanie musi być szczelnie wypełnione i zbrojenie dokładnie otulone,

- powierzchnia wykonanej konstrukcji powinna być możliwie gładka i bez porów.

Podstawowe sposoby zagęszczania:

- dziobanie

- ubijanie

- wibrowanie

- prasowanie

- walcowanie

- utrząsanie

- wirowanie

- próżniowanie

- samozagęszczanie

Ponadto stosuje się metody mieszane (np. wibroprasowanie, prasoodpowietrzanie, itd.)

Wibrowanie

Wibrowanie jest najpowszechniej stosowaną metodą. Istotą wibrowania są szybkie drgania wibratora wprawiającego w drgania ziarna kruszywa i otaczający je zaczyn cementowy. W okresie wibrowania lepkość zaczynu znacznie maleje, maleje również tarcie i spójność pomiędzy poszczególnymi składnikami mieszanki. Wibrowanie należy zakończyć, gdy na powierzchni betonu zaczyna pojawiać się mleczko cementowe. Wyróżniamy:

- wibratory pogrążalne,

- wibratory powierzchniowe,

- wibratory przyczepne.

11. Pielęgnacja mieszanki betonowej.

Pielęgnacja oznacza zabiegi podejmowane do momentu ułożenia i zagęszczenia mieszanki betonowej, mającej na celu zapewnienie jak najpoprawniejszego przebiegu procesów fizykochemicznych wiązania cementu i tworzenia się struktury wewnętrznej betonu. Zadaniem pielęgnacji jest zapewnienie właściwej temperatury i wilgotności oraz ochrona przed szkodliwie działającymi czynnikami (np. wstrząsy, strugi wody czy deszczu itd.).

Praktyczne sposoby postępowania:

1. W celu zapewnienia odpowiedniej wilgotności wskazane jest:

- nawilżanie przez polewanie

- nawilżanie przez zanurzanie w wodzie

- nawilżanie przez utrzymywanie pod stałą warstwą wody

- zachowanie wilgotności własnej betonu przez nakrycie folią

- zachowanie wilgoci własnej betonu przez nałożenie warstwy paroszczelnej

2. W celu zapewnienia odpowiedniej temperatury:

- właściwe postępowanie przy panujących temperaturach (np. w warunkach zimowych omówiono wyżej)

- podwyższenie temp. powyżej 20ºC nie jest szkodliwe, o ile beton utrzymywany jest w stałej wilgoci

- przy obiektach masywnych zachodzi niekiedy potrzeba chłodzenia betonu od wewnątrz (odprowadzenie ciepła hydratacji)

3. W celu ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi należy:

- w razie deszczu nakryć folią

- ruch pojazdów po uprzednim ułożeniu warstwy desek

- nie dopuścić do polewania zimną wodą silnie rozgrzanego betonu, co mogłoby prowadzić do spękania betonu

- nie opóźniać ochrony, aby naprężenia skurczowe wewnętrzne nie przekroczyły wytrzymałości na rozciąganie

12. Dodatki i domieszki do betonów.

Domieszki

Domieszki do betonu są substancjami dodawanymi w ilości nie większej niż 5% masy cementu. Zadaniem domieszek jest poprawa właściwości mieszanki betonowej lub/i betonu. Mogą to być substancje organiczne i nieorganiczne, działające chemicznie, fizycznie bądź fizykochemicznie.

Norma wyróżnia dziewięć grup domieszek:

- domieszki wpływające na reologię mieszanek betonowych,

- domieszki modyfikujące ilość powietrza w zaprawach i betonach,

- domieszki modyfikujące wiązanie i twardnienie,

- domieszki powodujące pęcznienie,

- domieszki poprawiające mrozoodporność,

- domieszki poprawiające odporność na czynniki mechaniczne,

- domieszki poprawiające odporność na wpływy chemiczne,

- domieszki poprawiające odporność na działanie biologiczne,

- domieszki barwiące

Superplastyfikatory

Superplastyfikatory nazywane są także upłynniaczami. Pozwalają na obniżanie ilości wody zarobowej nawet o 40% przy zachowaniu wyjściowej konsystencji. Mogą działać na ziarna cementu:

-zwilżająco przez obniżenie napięcia powierzchniowego wody,

- neutralizująco na siły przyciągania pomiędzy ziarnami cementu,

- rozpraszająco (dysperująco) przez nadanie powierzchniom ziaren cementu ładunku ujemnego

Celem stosowania upłynniaczy jest:

- zwiększenie ciekłości mieszanki bez zmiany W/C i ilości zaczynu,

- obniżenie ilości zaczynu dla zaoszczędzenia cementu i obniżenia skurczu (W/C=const),

- obniżenie ilości wody, a więc i W/C w celu uzyskania wzrostu wytrzymałości i polepszenia pozostałych właściwości.

Domieszki napowietrzające

Cząstki tego preparatu charakteryzują się długą nitkowatą budową o układzie biegunowym. Jeden z końców jest hydrofobowy i dlatego cząstki domieszki są wypychane z wody na jej powierzchnie obniżając tym samym napięcie powierzchniowe wody. W czasie mieszania składników domieszka działa spieniająco. W czasie twardnienia betonu pęcherzyki ulegają mineralizacji i stają się trwałym składnikiem betonu. W czasie zagęszczania pęcherzyki działają amortyzująco i stąd polepsza się urabialność mieszanki betonowej oraz podnosi ciekłość.

Beton napowietrzony stosowany jest głównie do budowli hydrotechnicznych i do wykonywania nawierzchni drogowych oraz lotniskowych, a ponadto przy wykonywaniu betonu w okresie zimowym (uzyskanie betonu mrozoodpornego).

Domieszki regulujące czas wiązania.

Domieszki regulujące czas wiązania stosowane są, gdy zachodzi potrzeba przyspieszenia czasu wiązania lub odwrotnie.

Domieszki opóźniające czas wiązania stosujemy, gdy:

- betonowanie przebiega w wysokiej temperaturze

- zachodzi potrzeba właściwego powiązania ze sobą układanego warstwami betonu

- chcemy umożliwić rewibrację

- betonujemy duże masywy

- występuje długi okres transportu mieszanki

- spodziewamy się dłuższych przerw w betonowaniu konstrukcji

Domieszki przyspieszające czas wiązania:

- grupa I - preparaty wywołujące prawie natychmiastowe wiązanie cementu. Ddoatki te poważnie obniżają wytrzymałość betonu, dlatego stosowane są tylko do małych ilości zapraw i betonów (np. Hydrofix)

- grupa II - preparaty, które nie wywołują gwałtownych reakcji wiązania, a jedynie skracają go i przyspieszają okres twardnienia (np. Gapidbet, Akcelbet, Optibet, chlorek wapniowy)

Dodatki

Przez dodatek do betonu rozumie się dodatkowy składnik, oprócz tradycyjnych podstawowych, występujący w ilości większej niż 5% masy cementu. Zadaniem dodatków jest:

- polepszenie wybranych właściwości betonu,

- zaoszczędzenie cementu

- uzupełnienie pylastych frakcji kruszywa

Wyróżniamy dodatki:

- pylaste (popiół lotny, żużel wielkopiecowy, pył krzemionkowy, mączki skalne, bentonit)

- okruchowe (żywice syntetyczne)

- uodporniające na oddziaływania mechaniczne

- kompleksowe

Zastosowanie	Domieszki
Betony do wyrobu elementów i konstrukcji żelbetowych i sprężonych w szczególności gęsto zbrojonych i cienkościennych	uplastyczniające, superplastyfikujące
Betony, od których wymagana jest odporność na działanie mrozu, w szczególności betony narażone na stały dostęp wody przed zamarzaniem	napowietrzające
Betony, od których wymagany jest szybki przyrost wytrzymałości bez obróbki cieplnej (wykonywanie w niskich temp.)	przyspieszające twardenienie, przeciwmrozowe
Betony, od których wymagane jest opóźnione wiązanie i twardnienie	opóźniające wiązanie i twardnienie
Betony, od których wymagana jest duża wodoszczelność i mała nasiąkliwość	uszczelniające

13. Betony lekkie - klasyfikacja, właściwości i podstawy projektowania.

Beton lekki jest to beton o gęstości objętościowej w stanie suchym nie większej niż 2,0 kg/dm³. Najogólniej betony lekkie można podzielić na:

1. Kruszywowe

- zwarte

- półzwarte

- jamiste (z kruszywa skalnego, sztucznego lub organiczengo)

2. Komórkowe

- gazobetony

- pianobetony

- pianogazobetony

Właściwości betonów kruszywowych:

Betony lekkie ocenia się głównie według:

1. Gęstości objętościowej

- betony jamiste ρ=1000 kg/m³

- betony zwarte ρ=1300 kg/m³

- betony półzwarte mają właściwości pośrednie

2. Wytrzymałość na ściskanie

• kruszywa z łupkoporytu i keramzytu o wielkości ziaren do 16 mm - 30 MPa

• kruszywa z żużla paleniskowego o wielkości ziaren do 16 mm - 10 MPa

3. Przewodność cieplna

- przewodność cieplna jest co najmniej trzykrotnie większa niż w przypadku betonów komórkowych zależy od gęstości objętościowej - im większa tym λ większe)

4. Nasiąkliwość

- nasiąkliwość waha się w granicach 12-30% zależy od wielkości i rozmieszczenia porów (największą wykazują betony półzwarte)

5. Mrozoodporność

- w zasadzie wszystkie spełniają warunki normowe

Wszystkie właściwości zależą od rodzaju kruszywa, proporcji użytych składników, porowatości betonu.

Właściwości betonów komórkowych:

6. Gęstości objętościowej

- waha się w granicach 350-750 kg/dm³

7. Wytrzymałość na ściskanie

- od 1 do 7,5 MPa

8. Przewodność cieplna

- rośnie ze wzrostem gęstości objętościowej

9. Skurcz

- wielkość skurczu wynosi około 0,5 mm/m w naturalnym stanie wilgotności (4-6% objętościowo) i wzrasta o około 30% przy spadku wilgoci do 2%

10. Mrozoodporność

- pełna

14. Betony specjalne.

15. Nowoczesne materiały budowlane modyfikowane polimerami.

Politechnika Poznańska

Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska

Jakub Kania

Grupa KBI 1

---