Nowoczesne kierunki

w technologii betonu

Mariusz Saferna

Sebastian Kaszuba

BETOTECH Sp. z o.o.

1. Czym jest współczesna

technologia betonu?

2. Betony wysokowartościowe

(BWW)

3. Betony samozagęszczalne (SCC)
4. Betony RPC
5. Beton samoczyszczący
6. Beton przeźroczysty
7. Podsumowanie

Zakres prezentacji

Czym jest współczesna technologia

betonu?

Projektowanie

składu mieszanki

betonowej

Wytwarzanie

mieszanki

betonowej

Układanie i

zagęszczenie

mieszanki betonowej

Pielęgnacja

„świeżego”

betonu

Beton o żądanych

właściwościach fizyko-

mechanicznych przy

uwzględnieniu

kosztów i czasu

wykonania

Analiza

ekonomiczna

Kontrola
jakości

Rozwój betonu

Betony

wysokowartościowe

BWW

Właściwości, składniki

i zastosowanie

Definicja betonu wysokiej

wytrzymałości wg normy

PN-EN 206-1

Beton o wytrzymałości na ściskanie
wyższej niż

C 50/60

dla betonu o

normalnym ciężarze lub ciężkiego oraz

LC 50/55

w przypadku betonu lekkiego.

Podstawowe cechy betonów BWW

• Ciekła lub półciekła konsystencja

mieszanki

• Urabialność i konsystencja mieszanki

zachowana przez min. 60 min

• Niska nasiąkliwość < 4%
• Wysoka wodoszczelność > W12
• Wysoka wytrzymałość na ściskanie

(60 – 130 MPa)

• Wysoki stopień mrozoodporności > F150
• Wysoka odporność na ścieranie

Ogólne zasady doboru składników

betonów BWW

• Cementy o wysokich parametrach wytrzymałościowych
• Kruszywa łamane o wysokiej wytrzymałości –

wytrzymałość skały > 150 MPa (granit, sjenit, bazalt,

melafir, amfibolit)

• Ziarna kruszywa o kształcie zbliżonym do kubicznego oraz

szorstkiej powierzchni (przyczepność zaczynu)

• Szczelny stos okruchowy kruszywa (możliwie niska

jamistość) o maksymalnym wymiarze ziarna 16 mm

• Wskaźnik wodno-cementowy w granicach 0,3 – 0,4

(z uwzględnieniem wody zawartej w domieszkach)

• Stosowanie efektywnych superplastyfikatorów
• Wprowadzanie dodatków mineralnych

Efekty stosowania betonów BWW

• Wysoka trwałość konstrukcji (niższe koszty

konserwacji i utrzymania konstrukcji)

• Możliwość wykonania elementów o dużej

rozpiętości i zredukowanym przekroju

poprzecznym (obniżony ciężar własny

elementu)

• Przyspieszenie tempa i ograniczenie kosztów

robót (wysoka wytrzymałość wczesna

betonu
i niższy ciężar montowanych elementów)

• Wysoka jakość wykonania konstrukcji (ścisły

reżim technologiczny w zakresie doboru

składników, produkcji i zabudowania betonu)

Przykładowe receptury betonów

BWW

 

Składnik

Zastosowany rodzaj cementu

CEM I 52,5R

CEM I 52,5R

CEM III/A
32,5NA

Ilość składnika na 1 m

3

Cement

430 kg

480 kg

490 kg

Piasek 0/2

540 kg

600 kg

480 kg

Grys 2/5

-

290 kg

-

Grys 5/8

-

220 kg

-

Grys 2/8

581 kg

-

350 kg

Grys 8/16

900 kg

790 kg

980 kg

Woda

135 l

140 l

132 l

Superplastyfikator

3,0 % m. c.

3,0 % m.c.

2,5 % m.c.

Opóźniacz

0,5 % m. c.

0,5 % m.c.

-

Pył krzemionkowy

-

40 kg

-

w/c

0,31

0,28

0,27

Wyniki badań

Opad stożka

11 cm

8 cm

17 cm

Opad stożka po 60

min

0 cm

5,5 cm

16,5 cm

Zawartość powietrza

2,1 %

2,0 %

1,2 %

Nasiąkliwość

3,7 %

2,8 %

3,4 %

Wytrzymało

ść

na ściskanie

3 dni

76,8 MPa

80,2 MPa

42,9 MPa

28

dni

90,9 MPa

102,3 MPa

90,1 MPa

Warszawskie Centrum
Finansowe

• wysokość 144 m
• beton B65 (słupy nośne)
• w/s = 0,36-0,39

s: cement+pył krzemionkowy

• konsystencja (opad stożka 15-22
cm)

• czas transportu mieszanki: 50 min
• długość transportu pompowego:

150 m

Platforma morska typu
grawitacyjnego TROLL A
Norwegia, Morze
Północne

• głębokość posadowienia
303 m

• beton B 75, B 80

Długość płyty pomostu - 1624 m, beton LC 55

Wysokość pylonów - 200 m, beton B 55

Most podwieszony nad cieśniną Wielki Bełt,

Dania

Most Öresund,

przeprawa Kopenhaga - Malmö

Długość płyty mostu – 490 m

• beton lekki LC 55, W/C = 0,4

Wysokość pylonów – 204 m

• beton C 50, W/C = 0,4

W obydwu przypadkach zastosowano pył
krzemionkowy

Wieżowiec Herriot

Frankfurt n/Menem

Projektowana wytrzymałość
betonu – 125 MPa

Beton z dodatkiem włókien
polipropylenowych

Otrzymana średnia
wytrzymałość
28 dniowa – 141 MPa

Eureca Tower

Melbourne,
Australia

• wysokość - 300 m (88
kond.)

• klasa betonu w dolnej
części

C 100/115

• klasa betonu w górnej
części

C 60/75

Petronas Tower

Kuala Lumpur

Wysokość - 452 m (95 kond.)

Do roku 2004 najwyższy
budynek świata

Ściany, trzony oraz słupy
obwodowe - beton C 80/95

Płyta fundamentowa beton -
C 60/75

Beton z dodatkiem pyłu
krzemionkowego

stosunek - w/s = 0,27

Taipei 101, Tajwan

Wysokość 508 m (101
kond.)

Fundament – płyta
żelbetowa
o grubości 3,5 m
beton C 70/85

Słupy nośne z betonu C
70/85

Zastosowano dodatek pyłu
krzemionkowego

Stosunek w/s = 0,31

„Wyścig wieżowców”
trwa…

Wiadukt Millau,
Francja

Najwyższy betonowe filary
na świecie 230 i 245 metrów

Betonowanie filarów
pochłonęło
53 tys. m

3

betonu C 60/75

Płyty fundamentowe filarów
to
19 tys. m

3

betonu C 35/45

Betony

samozagęszczalne SCC

Właściwości, składniki

i zastosowanie

Właściwości betonów SCC

• Wysoka płynność i urabialność mieszanki

betonowej

• Brak segregacji składników mieszanki
• Zdolność do odpowietrzania ułożonej

mieszanki bez konieczności wibrowania

• Długi czas zachowania konsystencji i

urabialności

• Wysokie parametry fizyko-mechaniczne

stwardniałego betonu

• Gładkość powierzchni stwardniałego betonu

Składniki betonu SCC

• Cement – CEM I, CEM II, CEM III, zawartość

300 – 450 kg/m

3

• Kruszywo – spełniające wymagania dla betonu

zwykłego, maksymalny wymiar ziarna 20 mm

• Punkt piaskowy kruszywa 40 – 50 %
• Dodatki mineralne (popiół lotny, granulowany

żużel wielkopiecowy, kamień wapienny),
zawartość przeciętnie 20 – 40 % masy cementu

• Superplastyfikatory (na bazie

polikarboksyeterów)

• Wskaźnik w/c = 0,3 – 0,5
• Zawartość spoiwa (cement + dodatek mineralny)

475 – 600 kg/m

3

Badanie samozagęszczalności

mieszanki SCC (stożek)

Badanie samozagęszczalności

mieszanki SCC (L-box)

Efekty stosowania betonu SCC

• brak konieczności zagęszczania mieszanki

betonowej

• łatwość zabudowy mieszanki w

konstrukcjach o skomplikowanym
kształcie i dużej ilości zbrojenia

• bardzo wysoka jakość wykonania

(jednorodność ułożonego betonu)

• zwiększenie szybkości wykonywania

konstrukcji

• eliminacja hałasu związanego z

wibrowaniem mieszanki

Składnik

CEM I 42,5R

CEM III/A 32,5NA

Ilość, kg/m

3

Cement

450

360

Dodatek mineralny

mączka kwarcowa: 100

kg

mikrokrzemionka: 20

kg

popiół lotny: 170

Kruszywo 0/8 mm

1690

-

Kruszywo 0/16 mm

-

1680

Woda

210

160

Superplastyfikator FM

38

9

-

Superplastyfikator FM

34

-

4,3

w/c

0,46 

 

Właściwość

CEM I 42,5R

CEM III/A 32,5NA

Wyniki badań

Rozpływ

65 cm

71 cm

Wytrzymałość po 1

dniu

20,0 MPa

-

Wytrzymałość po 3

dniach

32,0 MPa

12,0 MPa

Wytrzymałość po 7

dniach

-

29,0 MPa

Wytrzymałość po 28

dniach

61,0 MPa

48,0 MPa

Wytrzymałość po 56

dniach

-

54,0 MPa

Przykładowe receptury betonu SCC

0,44

Most Akashi
Kaikyo,
Japonia

3,911 km
rozpiętości

Bloki kotwiące kabli
niosących
konstrukcję
podwieszoną

Beton SCC

Beton reaktywny RPC

(Reactive Powder

Concrete)

Właściwości, składniki

i zastosowanie

Właściwości betonu RPC

• Wysoka jednorodność betonu uzyskana

wskutek zmniejszenia wymiaru cząstek

• Gęstość objętościowa 2500-3000 kg/m

3

• Wysoka odkształcalność betonu
• Wytrzymałość na ściskanie 200-800 MPa
• Wytrzymałość na zginanie 25-150 MPa

Składniki betonu RPC

• Cement CEM I 42,5 lub 52,5 (700-1000

kg/m

3

)

• Zmielone ziarna kwarcu i drobny piasek

(900-1300 kg/m

3

)

• Pył krzemionkowy (230 kg/m

3

)

• Włókna stalowe dł. 13 mm (100-500 kg/m

3

)

• Woda (130-180 kg/m

3

)

• Superplastyfikator

Efekt stosowania betonu RPC

Przekroje belek o tej samej nośności wykonanych z
betonu RPC, stali, betonu sprężonego i żelbetu (ciężar
kg/m

2

)

RPC

Stal

Żelbet

Beton sprężony

140 kg/m

2

112 kg/m

2

467 kg/m

2

530 kg/m

2

Beton RPC - technologia

DUCTAL

®

Składnik

Ilość na 1 m

3

Cement

710 kg

Pył krzemionkowy

203 kg

Mielony kwarc

215 kg

Piasek

1020 kg

Włókna stalowe

160 kg

Superplastyfikator

10 kg

Woda

140 l

w/c

0,20

Właściwości betonu DUCTAL

®

• możliwa produkcja w konwencjonalnej wytwórni

betonu (mieszanie 5 –15 min),

• wytrzymałość na ściskanie w temperaturze 20

o

C:

• po 24 godzinach – 100 MPa,
• po 28 dniach – 180 MPa,
• wytrzymałość na ściskanie po obróbce cieplnej w

temperaturze 90

o

C, po 4 dniach 220 MPa,

• szczelna mikrostruktura (wysoka mrozodporność i

odporność na agresję chemiczną)

• wysoka odporność ogniowa i obciążenia będące

efektem eksplozji

• niski skurcz - poniżej 0,01 mm/m

Kładka dla pieszych

w Sherbrooke (Kanada)

• RPC 200 MPa – pas dolny,

podłużnice, żeberka
poprzeczne i płyta
pomostu

• RPC 300 MPa - krzyżulce

Zastosowanie technologii

DUCTAL

®

Fragment konstrukcji:

Rozpiętość: 60 m

Szerokość płyty pomostu: 4,2 m

Grubość płyty pomostu: 3,0
cm !!

Poziome dźwigary powłoki

chłodni kominowej ( wysoka

odporność na sole oraz

mrozoodporność)

Elektrownia atomowa Cattenon,

Francja

Zastosowanie technologii

DUCTAL

®

Zastosowanie technologii

DUCTAL

®

Ekrany
przeciwdźwiękowe
tuneli metra w Monaco

Ściany szczelne

nabrzeża

Reunion

Porównanie cech

betonu zwykłego i betonu

DUCTAL

®

Cecha

Beton zwykły

Beton DUCTAL

®

Gęstość

2,2 – 2,5 kg/dm

3

2,45 – 2,55 kg/dm

3

Wytrzymałość na

ściskanie

15 – 60 MPa

180 – 220 MPa

Wytrzymałość na

zginanie

2 – 8 MPa

36 – 40 MPa

Wytrzymałość na

rozciąganie

1 – 4 MPa

8 – 10 MPa

Moduł sprężystości

20 – 40 GPa

55 – 60 GPa

Moduł sprężystości

stali

 

190 – 210 GPa

 

Beton samoczyszczący

Beton samoczyszczący

Nanodyspersyjny

dwutlenek tytanu

TiO

2

Utlenianie

fotokatalityczne

Superhydrofilowość

Jak działa?

Co zawiera?

UV

UV

H

2

O

NO

x

OH

•

HNO

3

H

2

O

OH

•

CO

2

H

2

O

ZANIECZYSZCZENIA

ORGANICZNE

DWUTLENEK

TYTANU

DWUTLENEK

TYTANU

BETON

NEUTRALIZACJA

KWASU

AZOTOWEGO

Dezintegracja zanieczyszczeń organicznych
i neutralizacja NOx

Kościół
Dives in Misericordia
Tor Tre Teste - Rzym

Richard Meier
20. 10. 2003

Beton przeźroczysty

(transparentny)

Aron Losonczi - LiTraCon

®

Skład:96% - beton
4% - światłowody
Gęstość: 2100 – 2300 kg/m3
Wytrzymałość Rc - 50 MPa
Wytrzymałość Rzg - 7 MPa

Luccon

®

… biżuteria!

Lampy i…

Podsumowanie

• Wprowadzanie nowych rozwiązań w technologii

betonu pozwala na bardziej efektywne

wykorzystanie tego materiału w budownictwie

(trwałość, koszt i szybkość realizacji).

• Realizacja nowoczesnych technologii wymaga

szerokich działań eksperymentalnych oraz

opracowania nowych metod badawczych.

• Warunkiem koniecznym jest wysoka kultura

techniczna producentów betonów i firm

wykonawczych oraz poziom fachowej wiedzy

pracowników.

Dziękuję za uwagę