Materiały pomocnicze do nauki przedmiotu „Materiały budowlane” na kierunku „Budownictwo” na Wydziale Inżynierii WAT. Na prawach rękopisu. Prawa autorskie zastrzeżone. Wyrażam zgodę na kserowanie wyłącznie na potrzeby studentów Wydziału Inżynierii WAT. mgr inż. Tadeusz Błażejewicz |
WYKONYWANIE BETONÓW
Wymagania techniczne dla robót betonowych i żelbetowych określa PN-63/B-06251. W roku 2000 ustanowiono Prenormę Europejską ENV 13670-1 „Wykonywanie konstrukcji betonowych. Część 1 : Uwagi ogólne”, jako normę tymczasową, do próbnego stosowania, o okresie ważności ograniczonym początkowo do 3 lat (będzie ewentualnie przekształcona w normę europejską). Prenorma ENV 13670-1 nakazuje, aby beton był wyspecyfikowany i produkowany zgodnie z EN 206-1 „Beton - wymagania, wykonywanie, produkcja i zgodność”.
1. WYKONYWANIE MIESZANKI BETONOWEJ.
Magazynowanie składników.
Magazyn kruszywa powinien być jak najbliżej węzła betoniarskiego. Kruszywo magazynuje się w zasiekach, silosach lub na hałdach. Kruszywa różniące się rodzajem i uziarnieniem należy magazynować osobno. Cement magazynuje się w silosach (cement luzem) lub w magazynach krytych suchych (cement w workach), każdy rodzaj, klasę i dostawę osobno. Worki układać na płask, na wysokość do 10 worków, na podłodze i folii lub papie. Należy najpierw zużywać cement najstarszy danego rodzaju, aby zużywać cement w okresie gwarancyjnym.
Dozowanie składników.
Składniki suche mieszanki (kruszywa, cement i dodatki) należy dozować wagowo, a składniki ciekłe (woda i domieszki) wagowo lub objętościowo. Dokładność dozowania powinna wynosić ± 3% projektowanej ilości. Dopuszcza się stosowanie objętościowego dozowania składników sypkich pod warunkiem zachowania wymaganej tolerancji dokładności dozowania i udokumentowania tego faktu. Gęstość nasypowa piasku znacznie zmienia się wraz z wilgotnością, co należy uwzględniać przy dozowaniu objętościowym. Przy stosowaniu cementu w workach należy go dozować pełnymi workami. Przy dozowaniu objętościowym kruszyw należy je dozować pełnymi pojemnikami. Przy dozowaniu wody należy zawsze uwzględniać aktualną wilgotność kruszywa. Przy dozowaniu domieszek w ilościach mniejszych niż 2% masy cementu należy je rozpuszczać w wodzie zarobowej. Korektę konsystencji mieszanki przed wyładunkiem należy prowadzić przez dodatek superplastyfikatorów, a nie przez dodawanie wody (ewentualnie cementu lub piasku przy mieszankach zbyt ciekłych). Dla utrzymania stabilności wytrzymałości betonu ważna jest stałość punktu piaskowego kruszywa.
Mieszanie składników.
Do sporządzania niewielkich ilości betonu na placu budowy służą betoniarki, a do produkcji większych ilości mieszanki - węzły betoniarskie. Betoniarnie mogą pracować w układzie pionowym (grawitacyjny załadunek składników i wyładunek mieszanki), lub w układzie poziomym. Oprócz mieszalnika, który stanowi najważniejszą część węzła, występują różnego rodzaju urządzenia wspomagające: silosy i zbiorniki na składniki mieszanki, transportery kruszywa, instalacje sterujące klapami, urządzenia ważące, wibratory zsypów składników pylastych, instalacje myjące itp. W węzłach betoniarskich stosuje się mieszalniki (betoniarki) przeciwbieżne o pojemności 1 ÷ 2 m3. Betoniarki można podzielić na jednostopniowe i dwustopniowe, oraz o działaniu periodycznym lub ciągłym. W betoniarkach dwustopniowych najpierw mieszany jest zaczyn lub zaprawa z bardzo dużą szybkością mieszania (1000 obr/min) lub przy stosowaniu ultrawibracji, co powoduje domielenie cementu i zwiększa wykorzystanie jego mocy wiążącej, a następnie w mieszarce o działaniu ciągłym taki zaczyn jest mieszany z kruszywem. Betoniarki o działaniu ciągłym mają bardzo duże wydajności (brak przerw technologicznych na załadunek składników i wyładunek mieszanki) i są wykorzystywane przy budowie dróg i nawierzchni lotniskowych. W betoniarkach tych do mieszalnika w sposób ciągły wpływa strumień składników mieszanki i z tą samą szybkością wypływa gotowa mieszanka. Betoniarki o działaniu cyklicznym (najczęściej stosowane) można podzielić na wolnospadowe oraz przeciwbieżne. Mieszarki wolnospadowe mają oś obrotu nachyloną (pod zmiennym kątem) do poziomu, a mieszanie składników następuje wskutek wynoszenia ich do góry bębna pod działaniem siły odśrodkowej oraz listew wewnątrz bębna, a następnie swobodny spadek w dół. Załadunek i wyładunek odbywa się od góry. Betoniarki wolnospadowe mają pojemności od 30 do 500 litrów i są przeznaczone głównie do mieszanek plastycznych i półciekłych. W mieszalnikach przeciwbieżnych oś bębna jest pionowa, a ruch bębna wokół osi odbywa się w kierunku przeciwnym do ruchu mieszadła wewnątrz bębna. Załadunek składników odbywa się od góry, a wyładunek mieszanki dołem. Betoniarki przeciwbieżne mają pojemności do 2 m3. Są one przydatne dla wszystkich konsystencji mieszanek. Orientacyjne czasy mieszania wynoszą:
Typ betoniarki |
Pojemność, litry |
K. ciekła i półciekła, minuty |
K. plastyczna, minuty |
K. gęstoplastyczna i wilgotna |
Przeciwbieżne |
Poniżej 500 |
1 |
1,5 |
2 |
|
500 - 1000 |
1,5 |
2 |
Powyżej 3 |
|
1000 - 2000 |
2 |
2,5 |
Powyżej 4 |
Wolnospadowe |
100 - 500 |
1 ÷ 2 |
1,5 ÷ 3 |
- |
Za długie mieszanie nie daje lepszych efektów i niepotrzebnie zużywa betoniarkę i energię. Mieszanie prowadzi się do uzyskania jednolitej barwy i wilgotności (bez smug piasku, cementu i wody) oraz osiągnięcia zakładanej konsystencji. Nie ma sztywnych reguł dozowania składników. Przy betoniarkach przeciwbieżnych zaleca się wymieszać na sucho kruszywa z cementem i następnie dodać wodę. Przy betoniarkach wolnospadowych zaleca się dozować 1/3 całej ilości wody, następnie kruszywa i cement, a po wymieszaniu resztę wody. Ostatnie porcje wody dobrze jest dozować przy pomocy konewki z sitkiem, aby nie obniżyć zanadto konsystencji. Przy ręcznym mieszaniu najpierw należy dokładnie wymieszać (na utwardzonym podłożu) wszystkie suche składniki i następnie dodać wodę. Ręczne mieszanie wymaga dużego wysiłku (zwłaszcza mieszanie na mokro kleistej mieszanki) i jest mało efektywne, dlatego należy liczyć się ze spadkiem wytrzymałości betonu o 20% oraz znacznym rozrzutem wytrzymałości.
Roboty przygotowawcze i zanikające.
Przed rozpoczęciem betonowania powinny być odebrane szalunki, zbrojenie, izolacje i inne roboty zanikające.
Kontrola w zakresie deskowań powinna obejmować:
geometrię deskowania (odchyłki deskowań powodują nadmierne odchyłki kształtu i wymiarów elementów konstrukcyjnych, co może uniemożliwić dalsze roboty, np.: montaż metalowo-gumowych profili dylatacyjnych);
stateczność deskowania (przemieszczanie się deskowań podczas zagęszczania betonu powoduje nadmierne odchyłki wymiarowe; rozszczelnienie deskowania może doprowadzić do katastrofy budowlanej wskutek nagłego, niekontrolowanego przemieszczenia się dużych mas betonu w miejsce do tego nie przeznaczone);
szczelność deskowania (wycieki zaczynu prowadzą do powstania raków oraz niejednorodnego wyglądu powierzchni, co na przykład dla betonu architektonicznego jest niedopuszczalne);
czystość deskowania (lód, zastoiska wody, gruz i resztki betonu, pozostałości zbrojenia itp.);
prawidłowość zamocowania izolacji (folie i papy luzem unoszą się podczas wibrowania) oraz wkładek (np.: profili dylatacyjnych).
Deskowania drewniane przed betonowaniem należy nawilżyć (aby nie nastąpiło odciągnięcie z mieszanki wody potrzebnej do wiązania cementu), a wszystkie szalunki pokryć środkiem antyadhezyjnym (np.: emulsją oleju mineralnego). Nie wolno stosować w tym celu przepracowanych olejów silnikowych, gdyż zawierają składniki rakotwórcze silnie wchłaniające się przez skórę. Zbrojenie powinno być zamocowane w sposób umiemożli-wiający przemieszczanie się lub drgania prętów podczas wibrowania betonu, a wymagane grubości otulin powinny być zapewnione przez stosowanie wkładek dystansowych (najlepiej cementowych, ewentualnie stalowych ocynkowanych) z materiałów nienasiąkliwych. Pręty zbrojeniowe powinny być oczyszczone z rdzy i zanieczyszczeń oraz powinny być wyprostowane (miejscowe wykrzywienie nie większe niż 4 mm). Mieszankę betonową układaną bezpośrednio na gruncie należy zabezpieczyć przed zmieszaniem z gruntem przez wcześniejsze ułożenie warstwy chudego betonu lub folii.
Transport mieszanki betonowej.
Podczas transportu mieszanka musi być zabezpieczona przed rozsegre-gowaniem, zmianą składu (zawodnienie lub wyschnięcie), zamarznięciem i zanieczyszczeniem. Mieszanka musi być przetransportowana, ułożona i zagęszczona przed wystąpieniem początku wiązania. W temperaturze +15o do +20oC maksymalny dopuszczalny czas transportu wynosi 90 minut, a w temperaturze +30oC 30 minut. Czasy te są krótsze dla mieszanek o konsystencji wyższej od plastycznej (K1 i K2) oraz dla mieszanek na cementach 42,5 i 52,5. Skrócenie czasu transportu przy wzroście temperatury powyżej 20oC wynosi dla betoniarek około 5 minut na 1oC, a dla wannowych wywrotek samochodowych 3 minuty na 1oC. Dla dłuższych czasów transportu należy stosować domieszki opóźniające początek wiązania. Przy temperaturze poniżej -3oC mieszankę należy przy produkcji ogrzewać i dostarczać o temperaturze 15oC dla betonów klas do C 25/30 lub 10oC dla klas wyższych. Środki transportu dobiera się w zależności od ilości mieszanki, konsystencji mieszanki oraz odległości transportu. Do transportu mieszanki w obrębie placu budowy najczęściej stosowane są pompy do betonu(pompy Stetter). Pompy umożliwiają tłoczenie na odległość do kilkuset metrów w poziomie i do 20 metrów w pionie (przy pompowaniu na dalekie odległości montuje się rurociągi stacjonarne, a przy małych odległościach korzysta z wysięgnika pompy). Przed rozpoczęciem pompowania rurociąg powinien być przesmarowany zaczynem lub zaprawą cementową w celu stworzenia warstwy poślizgowej. Nie każda mieszanka nadaje się do pompowania. Najlepsza jest konsystencja plastyczna (przy bardziej suchej może występować korkowanie, a przy bardziej ciekłej segregacja składników), wymagana jest też odpowiednia zawartość cementu i drobnych frakcji piaskowych oraz zastosowanie upłynniacza. Konieczna jest ciągłość betonowania. Wydajność pomp dochodzi do 70 m3/godzinę. Bardzo dobrym środkiem transportu jest zasobnik do betonu (o pojemności do 6 m3), transportowany dźwigiem w obrębie placu budowy (przy rozładunku nie wolno opierać go na zbrojeniu). Mogą być stosowane również:
taczki (odległość do 40 m, płaski teren, przerób do 30 m3/zmianę);
koleby dwukołowe (japonki) (odległość do 80 m, przerób do 100 m3);
przenośniki taśmowe (odległość do 25 m, duży przerób, nachylenie do 18o, konsystencja mieszanki od plastycznej wzwyż).
Do transportu dalekiego stosuje się betoniarki samochodowe o pojemności 6 m3 lub 9 m3 (umożliwiające dodanie wody lub domieszek pod koniec transportu), gruszki do betonu (załadunek gotowej mieszanki, bez możliwości dodania wody) oraz wywrotki samochodowe wannowe. Wanna wywrotki powinna być stalowa, a nie aluminiowa, gdyż wytarte cząstki aluminium powodują powstawanie pęcherzy i odprysków na nawierzchniach w wyniku reakcji z alkaliami cementu. Wywrotki stosuje się do transportu mieszanek o konsystencji od gestoplastycznej wzwyż, a betonowozy do mieszanek od plastycznej w dół. Mieszanki transportowane wywrotką należy okryć plandeką dla zabezpieczenia przed wysychaniem.
Układanie mieszanki.
Ułożenie i zagęszczenie mieszanki musi nastąpić przed rozpoczęciem wiązania. Objawem wiązania jest zgęstnienie mieszanki. Jeżeli wiążąca mieszanka da się jeszcze zagęścić, to spadki wytrzymałości mogą dochodzić do 30%. Nie wolno gęstniejącej mieszanki rozcieńczać wodą, bo da to jeszcze gorsze rezultaty. Zaleca się, aby beton był kontrolowany wzrokowo podczas rozładowywania. Zaleca się przerwanie rozładowywania, jeżeli wygląd betonu oceniony przez doświadczoną osobę jest nietypowy. Zaleca się układanie betonu jak najbliżej miejsca wbudowania, bez poziomego przemieszczania mieszanki w szalunku(szuflami lub wibratorem), gdyż grozi to rozsegregowaniem. Beton układa się warstwami o takiej grubości, aby można je było zagęścić. Dla wibratorów powierzchniowych grubość zagęszczonej warstwy w zasadzie nie powinna przekraczać 10 cm, a dla wgłębnych powinna być o 5 ÷ 10 cm mniejsza, niż długość buławy (do 40 cm). Dla bardziej suchych mieszanek grubości zagęszczanych warstw powinny być mniejsze. Należy minimalizować segregację mieszanki oraz nadmierne wydzielanie wody (bleeding) podczas układania i zagęszczania. W związku z tym ogranicza się wysokość zrzucania mieszanki w głąb szalunku:
dla mieszanek o konsystencji plastycznej i powyżej plastycznej do 3 m;
dla konsystencji ciekłej i półciekłej do 1,5 m;
dla słupów o przekroju powyżej 40 x 40 cm (do 0,8 m2) bez krzyżującego się zbrojenia - do 5 metrów. Jeżeli występuje potrzeba zrzucania mieszanki z większej wysokości, należy stosować pochyłe rynny lub rury teleskopowe elastyczne itp. (ostatni odcinek opadania o wysokości 60 cm powinien być pionowy).
We wszystkich przypadkach, gdy jest to możliwe, należy stosować betonowanie ciągłe, aby nie powstawały tzw. zimne złącza (gdy beton w warstwie stykowej zwiąże przed ułożeniem i zagęszczeniem następnej warstwy betonu). Miejsca te są bardzo narażone na powstanie rys skurczowych. Wykonując elementy o dużej powierzchni, lecz o małej grubości (np.: płyty stropowe), mieszankę układa się jedną warstwą. Wykonując elementy o małej powierzchni i dużej wysokości (np.: ściany), mieszankę układa się kolejnymi warstwami na całą powierzchnię (kolejna warstwa musi być zawibrowana wraz ze stykiem dwóch warstw zanim zacznie wiązać warstwa poprzednio ułożona). Przy betonowaniu elementów o dużych powierzchniach i dużej grubości (np.: płyt fundamentowych) mieszankę układa się warstwami ze „schodkami”, tak aby zdążyć zawibrować styk warstw przed początkiem wiązania dolnej warstwy. Najsłabszymi miejscami elementów betonowych są przerwy robocze. Dla ważnych elementów konstrukcyjnych miejsce przerwy roboczej powinno być określone w projekcie. Dla belek i podciągów przerwy robocze należy lokalizować w miejscu występowania najmniejszych sił poprzecznych, w słupach - w płaszczyznach stropów, w płytach na linii prostopadłej do belek na których wspiera się płyta. Powierzchnia betonu w miejscu przerwy powinna być dla mieszanek od plastycznej wzwyż ukształtowana w sposób naturalny (pod kątem około 45o). Dla mieszanek bardziej ciekłych przerwę roboczą można ukształtować przy pomocy siatek do przerw roboczych (Streckmetall). Oczka siatki powinny być mniejsze, niż najgrubsze kruszywo w mieszance. Przerw roboczych można uniknąć stosując opóźniacze wiązania cementu. Powierzchnia betonu w przerwie roboczej powinna być starannie przygotowana do wznowienia betonowania. Należy:
usunąć mleczko cementowe przy pomocy szczotek stalowych;
powierzchnię dobrze zwilżyć (powierzchnia matowo-wilgotna, bez zastoisk wody);
pokryć powierzchnię styku zaczynem o wysokim stosunku c/w, z cementu jak najwyższej klasy, ewentualnie z dodatkiem emulsji akrylowej lub pokryć ją specjalnym środkiem sczepnym z zestawu zapraw do remontu żelbetu;
można ewentualnie dodatkowo zazbroić złącze.
Specyficzną metodą układania mieszanki jest torkretowanie, polegające na natrysku powietrznym mieszanki betonowej. Metoda ta jest wykorzysty-wana do napraw powierzchniowych żelbetu na dużych powierzchniach oraz do wykonywania cienkościennych elementów zbrojonych siatkami lub włóknem stalowym. Mieszanki do torkretowania muszą być specjalnie zaprojektowane. Rozróżnia się torkret suchy (o uziarnieniu do 8 mm), przy którym suche składniki mieszane są z wodą dopiero w strumieniu powietrza (c/w = 2,35) oraz torkret mokry (o uziarnieniu do 4 mm), gdzie natryskiwana jest gotowa mieszanka (c/w = 2). Torkret suchy służy do tworzenia warstwy sczepnej (dobrze wbitej w podłoże i zagęszczonej przez kruszywo natryskiwane pod ciśnieniem kilkunastu atmosfer) oraz do wypełniania ubytków, a torkret mokry do warstw wygładzających. Optymalna odległość dyszy od podłoża wynosi około 1 m. Natryskowi towarzyszy znaczny odbój - przy natrysku poziomym straty wynoszą około 10 - 15%, a przy natrysku do góry do 25%. W recepturach torkretu występuje duża ilość cementu (rzędu 400 ÷ 500 kg/m3), dlatego torkret wykazuje duże skurcze i wymaga starannej pielęgnacji mokrej.
Zagęszczanie mieszanki betonowej.
Mieszanka po wyładunku z betoniarki może zawierać do 18% powietrza. Głównym celem zagęszczania jest usunięcie powietrza do jamistości poniżej 2%, a także dokładne otulenie betonem zbrojenia i wkładek oraz dobre odwzorowanie kształtów. Oznaką dobrego zagęszczenia betonu jest ustanie wydzielania się pęcherzyków powietrza na jego powierzchni. Zaleca się unikanie nadmiernej wibracji (do pokrycia powierzchni betonu mleczkiem cementowym), gdyż może to spowodować powstanie słabej warstwy powierzchniowej lub segregację składników. Ręczne zagęszczanie betonu może być stosowane tylko przy bardzo gęstym zbrojeniu i do mieszanek ciekłych. Polega ono na sztychowaniu mieszanki zaostrzonym prętem ∅16 i opukiwaniu szalunku gumowym młotkiem. Mechaniczne metody zagęszczania betonu można podzielić na takie, które nie zmieniają stosunku c/w (walcowanie, ubijanie, wibrowanie, prasowanie i metody mieszane, np.: wibroprasowanie) oraz takie, przy których stosunek c/w wzrasta (próżniowanie, wirowanie). Najczęściej stosowaną metodą zagęszczania jest wibrowanie. Wibrowanie polega na przyłożeniu do mieszanki drgającego elementu i wprawienie jej w ruch o małej amplitudzie (od 0,1 do 1 mm) i dużej częstotliwości (od 30 do 300 Hz). Drgające ziarna kruszywa ulegają jakby zawieszeniu w cieczy, lepkość mieszanki silnie maleje, co umożliwia ułożenie się kruszywa w szczelny stos i wyparcie pęcherzyków powietrza. Skuteczność wibrowania zależy od właściwości mieszanki i parametrów wibratora, które muszą być do siebie dobrane. Dla ułożenia kruszywa grubego lepsza jest większa amplituda i mniejsza częstotliwość, dla mieszanek drobnoziarnistych odwrotnie. Najlepsze byłyby wibratory o regulowanej amplitudzie i częstotliwości. Im bardziej suche mieszanki, tym czas wibrowania powinien być dłuższy. Czas wibrowania dobiera się doświadczalnie, nie powinien on przekraczaj jednej minuty. Występują 4 grupy wibratorów: pogrążalne, powierzchniowe, przyczepne i stoły wibracyjne. Najbardziej rozpowszech-nione są wibratory pogrążalne (wgłębne, buławowe), stosowane do elementów o niewielkiej powierzchni i większej wysokości, głównie do mieszanek o konsystencji od plastycznej wzwyż (mieszanki półciekłe należy wibrować bardzo krótko i ostrożnie, by nie spowodować segregacji). W zależności od kształtu końcówki dzieli się je na igłowe, mieczowe i buławowe. Igłowe i mieczowe mają małą wydajność i stosuje się je tylko przy bardzo gęstym zbrojeniu. Wibrator nie może dotykać zbrojenia, gdyż wtedy przy prętach zbierają się krople wody. Buławowe mają końcówki o średnicy najczęściej 50 do 70 mm (od 20 do 150 mm), a długość buławy około 40 cm. Promień skutecznego działania wibratora wynosi orientacyjnie 8 ÷ 10 średnic buławy (średnica buławy zależy od mocy wibratora). Wibrator buławowy należy opuszczać z taka szybkością, z jaka sam opada. Buławę należy opuszczać i podnosić pionowo. Odległość miejsc zapuszczania powinna być równa około 1,5 promienia zasięgu wibratora. Wibrator należy wyciągać z taka szybkością, z jaka opadał (nie za szybko, bo powstanie kanał powietrzny). Wibrator powinien wnikać na około 5 cm w warstwę mieszanki poprzednio ułożonej. Jeżeli po zanurzeniu wibratora nie widać upłynnienia mieszanki to znaczy, że zastosowano wibrator o za małej amplitudzie. Jeżeli po zanurzeniu buławy mieszanka pryska, to amplituda jest za duża. Jeżeli wokół buławy zbiera się woda, to należy zmienić skład mieszanki, aby nie doszło do rozsegregowania. Ponieważ promień skuteczności wibrowania zmienia się wzdłuż wysokości buławy, należy ją podczas wibrowania w danym punkcie podnosić i opuszczać na 4 ÷ 10 cm. Wibratorami buławowymi można zagęszczać warstwy o grubości do około 40 cm.
Wibratory powierzchniowe składają się z płyty stalowej (około 50 x 50 cm) i silnika z wirującym mimośrodem, wywołującym drgania płyty prostopadle do powierzchni mieszanki. Stosuje się je do wibrowania elementów stosun-kowo płytkich i o dużych powierzchniach (stropy, posadzki) oraz głównie dla mieszanek plastycznych. Wibratory przesuwa się po powierzchni mieszanki z szybkością 0,5 ÷ 1 m/minutę, tak aby kolejne zagęszczane pasy zachodziły na siebie na 10 ÷ 20 cm. Wibratory te oddziaływują na głębokość około 20 cm; zaleca się zagęszczanie warstw o grubości do 10 cm. Efekt zagęszczania zależy od mocy wibratora (od jego masy, która może dochodzić do 170 kg; wibratory te można dociążać). Wibratory przyczepne działają na mieszankę pośrednio poprzez deskowanie. Czas wibracji jest dłuższy i dochodzi do kilku minut. Dla elementów grubszych należy stosować wibratory o większej amplitudzie. Można zagęszczać mieszanki o dowolnej konsystencji. Wibratory oddziaływują w głąb elementu na odległość od 20 do 50 cm, a wzdłuż szalunku od 1 do 1,5 m.
Stoły wibracyjne stosowane są w prefabrykacji do zagęszczania betonu w formach. Ważne jest, aby forma była dobrze zamocowana do stołu. Lepsze efekty daje zagęszczanie mieszanek od plastycznej wzwyż. Listwy wibracyjne (o rozpiętościach do 25 m) oddziaływują na powierzchnię mieszanki powodując jej wyrównanie i zagęszczenie. W ruch drgający wprawiają listwę wibratory przyczepne zamontowane na przesuwanej na rolkach listwie. Stosowane są one powszechnie przy budowie nawierzchni drogowych.
Metodą walcowania (wałowania) zagęszcza się mieszanki o konsystencji wilgotnej, stosowane na podbudowy nawierzchni, gdzie nie jest wymagane uzyskanie pełnej szczelności betonu.
Ubijanie mieszanki prowadzi się przy pomocy ubijaków mechanicznych, aż do pojawienia się mleczka cementowego. Stosuje się je do konsystencji gęstoplastycznych i wilgotnych. Im mieszanka bardziej sucha, tym cięższy powinien być ubijak. Metodą ubijania można zagęszczać warstwy o grubości 10 ÷ 20 cm.
Metodą wibroprasowania produkuje się betonową kostkę brukową oraz inne drobnowymiarowe elementy prefabrykowane. Jest to połączenie prasowania mieszanki o konsystencji wilgotnej w formach z wibracja stempla.
Metodą wirowania zagęszcza się rury betonowe oraz słupy elektroenergety-czne (puste w środku). Do zagęszczania mieszanki wykorzystuje się siłę odśrodkową powstającą przy wirowaniu formy wypełnionej mieszanką. Siła odśrodkowa powoduje dociśnięcie mieszanki do ścian formy i wyciśnięcie z niej wody do środka, dzięki czemu rośnie stosunek c/w i wytrzymałość betonu.
Zagęszczanie przez próżniowanie polega na odciągnięciu części wody oraz powietrza z mieszanki pod wpływem podciśnienia wytworzonego pod deskowaniem aktywnym. Na powierzchniach poziomych (drogi, mosty, stropy) układa się elastyczne deskowanie aktywne (matę), składające się z następujących warstw:
tkaniny filtracyjnej zapobiegającej odsysaniu cementu;
gąbczastego tworzywa tworzącego komorę próżniową;
szczelnej warstwy zewnętrznej umożliwiającej wytworzenie w komorze próżni.
Wytrzymałość betonu natychmiast po próżniowaniu jest rzędu do 3 MPa, co umożliwia chodzenie. Skurcz betonu maleje o 30 ÷ 50%. Wytrzymałość końcowa betonu wzrasta o 15 do 40% (zależnie od ilości cementu). Poprawia się wodoszczelność i mrozoodporność oraz rośnie (do 25%) siła kotwiąca stal w betonie.
Pielęgnacja mieszanki.
Wyróżniamy pielęgnację mechaniczną, wilgotnościową i termiczną.
Pielęgnacja mechaniczna polega na zabezpieczeniu wiążącego betonu przed obciążeniem i wstrząsami (od środków transportu, robót rozbiórkowych itp.). Ruch pieszy można dopuścić po 1,5 ÷ 2 dobach (gdy Rc powyżej 1,5 MPa), a ruch taczkami po deskach o grubości co najmniej 36 mm.
Pielęgnacja wilgotnościowa polega na utrzymaniu betonu w stanie pełnej wilgotności aż do uzyskania wytrzymałości zapewniającej rysoodporność. Stosuje się następujące metody:
pozostawienie elementu w deskowaniu;
przykrycie folią paroszczelną przyklejona przy krawędziach taśmą samoprzylepną i sklejoną na zakładkach;
ułożenie mokrych mat i zabezpieczenie przed wyschnięciem;
zamgławianie betonu;
zastosowanie natryskiwanych preparatów pielęgnacyjnych (odcinają one parowanie w nie więcej niż 80% i nadają się głównie do wstępnego okresu pielęgnacji, gdy nie można wejść na beton).
Pielęgnację należy rozpocząć natychmiast po zakończeniu wiązania (po około 12 godzinach). Minimalny okres pielęgnacji w dniach zależy od temperatury powierzchni betonu oraz szybkości rozwoju wytrzymałości:
Temperatura |
Minimalny okres pielęgnacji, doby Rozwój wytrzymałości: |
|||
oC |
Szybki |
Średni |
Powolny |
Bardzo powolny |
Powyżej 25 |
1 |
1,5 |
2 |
3 |
15 ÷ 25 |
1 |
2 |
3 |
5 |
10 ÷ 15 |
2 |
4 |
7 |
10 |
5 ÷ 10 |
3 |
6 |
10 |
15 |
Dla temperatur poniżej 5oC czas pielęgnacji należy wydłużyć o okres, w którym temperatura jest niższa od 5oC.
Im wyższe wymagania stawia się dla szczelności i wytrzymałości betonu, tym dłużej powinna trwać pielęgnacja mokra (dla betonów wodoszczelnych 14 dni). Przy określaniu minimalnego dopuszczalnego czasu pielęgnacji mokrej należy również brać pod uwagę czynniki zewnętrzne (klasy ekspozycji) oddziaływujące na beton. Dla klas ekspozycji bardziej agresywnych niż XO lub XC1 beton powinien być pielęgnowany do chwili, gdy wytrzymałość powierzchni betonu osiągnie co najmniej 50% wymaganej wytrzymałości na ściskanie.
Pielęgnacja termiczna polega na ochronie betonu przed zamarznięciem oraz przed przegrzaniem (zarówno własnym ciepłem hydratacji, jak i z zewnątrz). Ochrona przed przegrzaniem obejmuje:
stosowanie w elementach grubościennych (powyżej 60 cm) betonów na cementach o niskim cieple hydratacji, przy zastąpieniu części cementu popiołem lotnym;
cieniowanie i zamgławianie konstrukcji betonowych;
chłodzenie elementów wodą płynąca przez specjalnie zabetonowany układ rur chłodzących.
Najwyższa temperatura wewnątrz elementu nie powinna przekraczać 65oC.
Zasady betonowania w warunkach zimowych są następujące:
Betonowanie w warunkach obniżonych temperatur występuje, gdy temperatura średniodobowa jest niższa od +10oC. Temperatura średniodobowa jest równa średniej arytmetycznej z sumy temperatur o godzinie 7, 13 i podwojonej temperatury o godzinie 21. Przy temperaturach dojrzewania poniżej +10oC beton nie uzyskuje wymaganej wytrzymałości we właściwym czasie (po długim czasie wytrzymałość może być nawet wyższa). Dla reakcji jonowych spadek temperatury o 10oC zmniejsza szybkość reakcji około 2 ÷ 3 razy. Dlatego dla betonów dojrzewających w temperaturach od +5o do +10oC, czas do osiągnięcia wymaganej wytrzy-małości należy orientacyjnie przyjmować 2-krotnie dłuższy. Temperatura krytyczna, przy której zamarza woda w betonie wynosi około -1oC (czasem do -3oC). Dni, w których temperatura jest niższa od 0oC nie wlicza się w ogóle do czasu dojrzewania betonu. Wiatr przyspiesza parowanie wody z mieszanki i powoduje dodatkowe jej oziębienie. Szybkość oziębienia V jest proporcjonalna do szybkości wiatru U [m/s]:
V = 0,4 ⋅ U
(wiatr o szybkości 5 m/s zwiększa szybkość oziębienia 2-krotnie). Dlatego celowe jest okrywanie świeżego betonu nawet cienką folią (bez właściwości termoizolacyjnych), gdyż zapobiega ona parowaniu wody. Również topniejący śnieg odbiera ciepło z mieszanki. Temperatura powierzchni betonu nie powinna spadać poniżej 0oC dopóki powierzchnia betonu nie osiągnie wytrzymałości, przy której jest odporna na zamarzanie bez uszkodzeń, to jest zazwyczaj powyżej fc = 5 MPa.
Zamarznięcie mieszanki we wstępnym okresie wiązania powoduje powstanie mikroporowatej struktury wskutek pęcznienia zamarzających mikrokropelek wody. Ponieważ betonu o takiej strukturze nie można już zagęścić ze względu na rozpoczęty proces twardnienia, występują bardzo duże spadki wytrzymałości betonu. Stopień obniżenia wytrzymałości w zależności od zaawansowania procesu wiązania pokazano na rys. 1.
W okresie 1 - do początku wiązania cementu, jeżeli okres zamarznięcia był krótki, a po rozmarznięciu mieszankę można jeszcze zagęścić, spadki wytrzymałości nie powinny przekraczać 25%. W okresie 2 i 3 (po rozpoczęciu wiązania, a przed osiągnięciem wytrzymałości 5 MPa) spadki wytrzymałości mogą dochodzić do 80%. Beton taki musi być z konstrukcji usunięty. Najczęściej strefa zamarznięta obejmuje grubość otuliny prętów zbrojeniowych i powoduje brak wymaganej współpracy pomiędzy betonem i stalą. Orientacyjne czasy do osiągnięcia wytrzymałości 5 MPa przy dojrzewaniu betonu w temperaturze +5oC wynoszą:
dla cementów portlandzkich CEM I normalnie dojrzewających 2 doby;
dla cementów CEM I R 18 godzin.
Najczęściej stosowane są następujące metody betonowania w zimie:
metoda modyfikacji składu mieszanki;
metoda zachowania ciepła mieszanki;
metoda nagrzewania betonu;
metoda cieplaków.
Metoda modyfikacji składu polega na zastosowaniu domieszek przeciw-mrozowych (przyspieszających wiązanie i obniżających temperaturę zamar-zania wody), które umożliwiają betonowanie do temperatury około -10oC. Dla skompensowania spadku wytrzymałości zwiększa się również ilość cementu o około 10% (tzw. beton zimowy).
Metoda zachowania ciepła mieszanki polega na stosowaniu osłon termo-izolacyjnych (maty słomiane, styropian, koce brezentowe, czarne folie itp.), które powinny utrzymać temperaturę mieszanki powyżej 0oC tak długo, aż beton osiągnie wytrzymałość na zamarzanie. Dla zwiększenia ilości ciepła wnoszonego przez mieszankę stosuje się podgrzewanie jej składników. Temperatura ciepłej mieszanki nie może przekraczać 40oC. Najczęściej stosuje się podgrzewanie wody (do temperatury nie wyższej niż 60oC, gdyż inaczej grozi natychmiastowe związanie cementu). Można też nagrzewać kruszywo gorącym powietrzem lub parą wodną, przepuszczaną perforowanymi rurami przez hałdę kruszywa. Niektóre betoniarnie dostarczają w okresie zimowym mieszankę podgrzewaną.
Metoda nagrzewania betonu jest realizowana najczęściej poprzez wbetonowanie elektrycznych kabli grzejnych lub za pomocą mat grzewczych układanych na powierzchni betonu.
Metoda cieplaków polega na wykonaniu prowizorycznych pomieszczeń chroniących przed mrozem, stałych lub przesuwnych (np.: namiotów pneumatycznych) i ogrzewanie ich dmuchawami podczas robót.
Usuwanie deskowań.
Jeżeli betonowanie było prowadzone w okresie obniżonych temperatur, rozdeskowanie konstrukcji może nastąpić po ustaleniu rzeczywistej wytrzymałości betonu na podstawie badania próbek przechowywanych przy konstrukcji. Przy betonowaniu w temperaturze powyżej +15oC, orientacyjne terminy usunięcia deskowań powinny wynosić:
dla bocznych deskowań belek i masywnych słupów 2 doby (do fc około 3 MPa);
dla ścian i smukłych słupów 4 doby (do fc około 6 MPa);
dla płyt o rozpiętości do 2,5 m 5 dni (do uzyskania 50% wytrzymałości docelowej);
dla płyt i belek o rozpiętości do 6 m 10 do 12 dni (70% wytrzymałości docelowej);
dla konstrukcji o rozpiętościach powyżej 6 m - po uzyskaniu pełnej planowanej wytrzymałości (po 28 dobach).