Spoiwa -wypalone i sproszkowane materiały mineralne mające zdolność wiązania i twardnienia po zarobieniu wodą. Spoiwa : a) powietrzne -wiążą i twardnieją w warunkach powietrznych (wapno, gips, spoiwa magnezjowe i krzemianowe), b) hydrauliczne w powietrzu i w wodzie (wszelkie cementy). Wapno: równomierne wypalanie kamienia wapiennego w temperaturze ok. 1000 C wapno palone + woda = wapno gaszone grzanie budowlane lub suche grzanie -wapno hydratyzowane: w zakładach. Wapno hydrauliczne -wypalanie wapieni marglistych z dodatkami, grzanie wodą, wiąże i twardnieje powoli, potrzebny CO2. zastosowanie wapna: do zapraw, malowanie wapiennego materiału o niskiej wytrzymałości, określana po 28 dniach. Gips- łatwo otrzymywany wypalanie kamienia gipsowego w temperaturze 200 C dolina Nidy -złoża kam. gipsowego, spoiwo powietrzne, rodzaje: gips budowlany (marki GB-3 i 4) wytrzymałość na ściskanie 2h, po 28 dniach wytrz. 10 MPa, gips modelowy -ozdoby: stiuki, sztukaterie, gips posadzkowy (estrychopis), wolniejsze wiązanie i twardnienie, gipsu nie można wiązać z cementem. Spoiwo magnezjowe -dwuskładnikowe. Tlenek magnezu = chlorek magnezu, wypełniaczem są trociny -posadzki skałodrzewne. Spoiwo krzemianowe -szkło wodne (krzemiany sodowe lub potasowe) mączki mineralne: używane do kwasoodpornych elementów jest odporne na działanie kwasów nie może być narażone na kontakt z wodą. Cement -proszek po zmieszaniu z wodą wiąże i twardnieje. Fazy wiązania: wymieszanie i rozpuszczenie, koloidyzacja i wiązanie, krystalizacja i twardnienie. Cement -klinkier cementowy otrzymywany przez wypalenie mielonych glinokrzemianów i wapieni (margiel) w temperaturze ok. 1500 C wypalanie: metoda mokra i sucha po wypaleniu otrzymujemy klinkier -mielenie i dodatki -cement o szybkości 3 faz decyduje skład klinkieru i jago zawartości w cemencie (jest on najważniejszym składnikiem w cemencie). Klinkier: kilkanaście składników: alit -krzemian trójwapniowy dobre wł. Hydrauliczne szybki przyrost wytrzymałości 50-60% masy klinkieru, cementy wysokoalitowe. Belit -15-26% wolno wiąże i twardnieje, wolno rośnie wytrzymałość (cementy belitowe). Brownmilieryt 5-15% szybko wiąże, powoduje wzrost temperatury w czasie reakcji. Glinian trój wapniowy 5-15% powoduje znaczny skurcz. Rodzaje cementów: cement portlandzki (bez dodatków -ilość dodatków 6-12%) ,portlandzki mieszany (21-35%), hutniczy (36-65%), puculanowy (66-80%). Dodatki nie są materiałami wiążącymi a zmieszane z klinkierem w wyniku reakcji z wodą uzyskują pewną wytrzymałość. Dodatki: S -granulowany żużel wielkopiecowy, V-popiół lotny krzemianowy, W- wapienny, P puculana naturalna, Q- przemysłowa, L- wapień, D -pył, V -pył otrzymywany przez osadzanie spalin w filtrach, W -drobny pył, QP- drobno zmielone substancje w obecności wody reagują z Ca(OH)2 wydzielającym się podczas reakcji klinkieru cementowego z wodą, naturalne pochodzenia wulkanicznego, skały osadowe, Q- gliny, łupki przywęglowe, D- drobny pył z zawartością krzemionki bezpostaciowej. Rodzaje cementu portlandzkiego: żużlowy (CEM II/A-S) i (II/B-S), krzemiankowy (II/A-D), puculanowy (II/A-P, /B-P, /A-Q, /B-Q), popiołowy (II/A-V, /B-V, /A-W, /B-W), popiołowy (II/A-V, /B-V, /A-W, /B-W), wapienny (II/A-L, /B-L), żużlowo-popiołowy (II/A-SV,/B-SV), hutniczy (III/A, /B), puculanowy (4/A, /B). Klasy cementu (w zależności od wytrzymałości po 28 dniach w MPa), 32,5 32,5R 42,5 42,5R 52,5 52,5R. Kruszywa nie wchodzą w reakcje. Stanowią 70% betonu. -organiczne tworzywa sztuczne, odpady drewniane, - mineralne: naturalne, łamane, sztuczne. Kruszywa naturalne: rozdrobnienie skał wietrzenie, przeważają w budownictwie. Kruszywa pochodzenia lodowcowego kopalne, lub w wyniku wietrzenia wydobywane w zakolach rzek, najgrubsze złoża w okolicach górskich, łatwo się je wydobywa, ale zawiera zanieczyszczenia, nieustabilizowane uziarnienie (piasek, żwir, mieszanki). Marki kruszyw: 10, 20, 30, 50, dotyczą kruszyw grubych do betonów jakich klas powinny być użyte, do betonów B 30 kuliste kształty zagęszczone ale mają małą przyczepność do zaczynu. Kruszywo łamane: kruszenie jednokrotne (miał, kliniec, tłuczeń żwirowy), kruszenie dwukrotne -ziarna korzystniejsze kształty (grysik, grys używane do betonów). Przy betonach wysoko wytrzymałościowych stosuje się kruszywo grube łamane, szorstka powierzchnia większa przyczepność zaczynu cementowego, stosuje się mniejszy % do betonów, są drogie. Kruszywa sztuczne: są lekkie maja mniejszą gęstość nasypową, z odpadów przemysłowych, glin, są porowate (ściany p.poż , osłonowe) 10% kruszyw do betonów kształty najwartościowsze. Kruszywa z żużli hutniczych można go chłodzić i rozdrabniać -pumeks hutniczy, żużel granulowany, porowate mniejsza przewodność cieplna. Kruszywa z odpadów przemysłowych: z żużla paleniskowego z gruzu ceramicznego, marna jakość. Woda jako skład technologiczny aktywnie bierze udział w procesach chemicznych, część wody wchodzi w reakcje chemiczne nie każda woda nadaje się na zarobową . Nadaje się: -woda wodociągowa,- mineralna, z jezior , bagienna zastojowa się nadaje się. Kontrola wartości wody normowa lub zobaczyć czy zachodzące procesy wiązania i twardnienia komplikują składniki zawarte w wodzie. Beton sztuczny kamień otrzymywany ze sztucznej mieszaniny spoiwa z wodą. Mieszanka betonowa: zaczyn (cement + woda), kruszywo drobne (piasek), kruszywo grube. Nie ma sprężystości postaciowej zbliżona do płynów, charakteryzuje ją konsystencja, urabialność, szczelność. Konsystencja -stan ciekłości (zdolność odkształcenia postaciowego), zaliczana do łato przesuwających cząsteczki względem siebie których przyczynami są siły dynamiczne i drgania utrząsanie a towarzyszą mu siły bierne. Pojęcia: lepkość kapilarność wilgotność wagowa mierzy to jakością składu mieszanki reguluje się ją ilością zaczynu cementowego. Rodzaje konsystencji: wilgotna, gęsto plastyczna, plastyczna, półciekła, ciekła. Ostatnie dwie nie powinny być stosowane, jak najmniejszy udział mogą być używane w domieszkach plastyfikatorów, trudno się je zagęszcza wilgotna jeśli nie ma odpowiednich urządzeń wibrujących. Konsystencja plastyczna wymaga większej ilości zaczynu, stosowana w miejscu zbrojenia. Urabialność -łatwość wymieszania, zgęszczenia, łatwość wypełnienia formy i przenikania między zbrojeniem, nie uleganie sedmentacji podczas transportu. Sedmentacja -pod wibrowaniem żwir opada na dół a zaczyn na dół. Urabialność zależy od ilości zaprawy, gdy mało zaprawy a dużo żwiru -korzystnie. Szczelność -mała ilość porów w mieszance betonowej lub ich brak określa sumą objętości całkowitej. Objętość absolutna -objętość ziaren, piasku cementu, wody. Likwidacja porów przez dobre zawibrowanie i dobranie właściwe składników. Betony: zwykłe wymagana wytrzymałość na ściskanie, specjalne (b.żarodporne, hydrauliczne, lekkie).pod względem wytrzymałości na ściskanie charakteryzują się klasą -symbol literowo liczbowy odpowiadający wytrzymałości gwarantowanej na ściskanie przy której poniżej może być tylko 5% wyników. Klasy betonów: B: 7,5 10 12,5 15 17,5 20 25 30 35 40 50/ powyżej beton specjalny. Betony: lekkie Pp <1,8 kg/dm3, zwykle z kruszywa lekkiego Pp =1,8-2,2 , zwykłe Pp= 2,3-2,6, ciężkie Pp>2,6. Przyczepność do zbrojenia Rp=2Rp zależy od gęstości zaczynu cementowego czyli stosunku cementu do wody. Szczelność i porowatość , nieszczelność -ograniczenie wytrzymałości przy tworzeniu w wyniku kontrakcji wody wiązanej chemicznie przez reakcje. p=8-10% połowa z nich to reakcje chemiczne z wodą reszta to rezultat odparowania wody, zwiększona nasiąkliwość, zmniejszona wytrzymałość na agresywne środki. Skurcz betonu wynika z wysychania betonu i z reakcji chemicznych i wynosi od 25-50% całego skurczu, większość wysychających betonów kurczy się od 0,2-0,5 mm/m wymiar kurczenia się . stosuje się pręty przeciw skurczowe w konstrukcjach żelbetowych. Kurczenie ustala się przez ok. 3 lata po 28 dniach wartości skurczu wynoszą ok. 50% skurczu całkowitego. Cementy o małym skurczy (bezskurczowe) lotniska. Maksymalna ilość cementu w betonach do <B30 -450 kg/m3, >B30 550. nasiąkliwość wagowa betonu nw<5% narażony na czynniki zewnętrzne, <9% betony osłonięte. Sprężyste odkształcenie się betonu Eb zależy od klasy Eb=18*10 do3 MPa(B10), 27* (B20), 35*(B400. pełzanie stałe zwiększają się odkształcenia pod wpływem stałego obciążenia. Jednorodność beton nie jest jednorodny wg RGb dzieli się go na klasy. Przy tej samej klasy ale gorszej produkcji wychodzi się z wyższej R równej Rub czyli używać więcej cementu (nieekonomiczne). Odporność na działanie temperatur. Beton dobrze znosi temperaturę dz 200 C przy ok. 600C różnica rozszerzalności kruszywa i zaczynu cementowego inne składniki : kruszywo odporne (b. żaroodporne) beton zwykły może się pokruszyć. Gorzej z temperaturami ujemnymi kłopot z betonowaniem woda zamarza w trakcie mieszania, zaczyn zamarza kończą się procesy wiązania, po odmarznięciu znowu się zaczynają, ale gdy od razu zamarznie jeśli część cementu ulega hydratyzacji i utworzeniu się kryształów rozsadzi działanie lodu. Niszczenie istniejących kryształów po odtajaniu i tak część cementu zmarnowana. Mrozoodporność beton jest w stanie przejąć rozsadzające działanie lodu należy stosować betony wysokiej klasy aby szybciej uzyskały wytrzymałość domieszki chemiczne przyspieszające wiązanie i twardnienie i zabezpieczać elementy przed działaniem mrozu aby nie ostygł i nie ustały procesy wiązania. Domieszki do betonów domieszki związki chemiczne modyfikujące właściwości mieszanki betonowej lub betonu. Stosowane w b małych ilościach do 3% masy cementu. Grypy domieszek: plastyfikujące, napowietrzające, uszczelniające regulujące twardnienie, zwiększające odporność mechaniczną. Plastyfikatory konieczne aby mieć konsystencje półciekłą i ciekłą powodują zw ciekłość , bo poprawiają zwilżalność ziaren i zmniejszają napięcie powierzchni wody. Można zmniejszyć ilość zaczynu lub wody, domieszki mogą obniżać wytrzymałość o ok. 5%. Produkowane plastyfikatory: klutan, betoplast. Domieszki uszczelniające przy betonach wodoszczelnych, hydrotechnicznych, powodują hydrojądrowość materiału, zapychają pory, poprawiają wodoszczelność, materiał nie jest łatwo zwilżany (jakby tłusty) Hydrozol. Domieszki przyspieszające wiązanie i twardnienie stosuje się w warunkach zimna (Geleks, Akcebet, Rapidbet) odbija się to na końcowej wytrzymałości 28 dniowej. Kontrolowanie jakości betonu: a) przy n<15 sztuk określamy klasę w sposób Ri min>αRgb α-zależy od ilości próbek przy 3-4 próbkach α=1,5 przy 5-8 α=1,1 przy 9-14α=1,05. jeśli Ri min nie> αRgb to mamy 2 warunki: 1). Ri min > Rgb porównujemy czy uzyskano klasę, 2). R>1,2Rgb. b). n>15 R-1,64s> Rgb średnie odchylenie kwadratowe. Betony specjalne. Betony wodoszczelne (cienkie ściany zbiorników) wodoszczelność -zdolność przeciwstawiania się wodzie pod ciśnieniem. Stopnie wodoszczelności W-2 (0,2 MPa), W-4 W-6 do 12. Do betonów wodoszczelnych stosujemy: -świeże cementy o małym skurczu i o wolniejszym twardnieniu, -bardzo niska now kruszywa, szczelne, dobra przyczepność do ziarna, pozbawione pyłów płukane, -domieszki plastyfikujące (aby mniej zaczynu porowatego) i uszczelniające, -po wykonaniu powinien być polewany wodą, aby cały cement zhydratyzował. Betony hydrotechniczne (zapory, śluzy, jazy) -gęsta koncentracja mieszanki betonowej, cement możliwie o najmniejszym cieple hydratacji, cement hydrotechniczny 32,5/90 wytrzymałość określana po 90 dniach, mały skurcz, mało ciepła wydziela podczas hydratacji, mało alitu najwyżej 350 kg/m3 cementu, najlepiej ok. 200, domieszki plastyfikujace, uszczelniające, czasem napowietrzające. Betony do nawierzchni komunikacyjnych: składają się z warstwy zewnętrznej 9ścieranie)- kostki, płyty betonowe, beton bezpiecznie wylewany zbrojony lub nie 9podbudowy i podkłady).klasa przynajmniej B30, wytrzymałość na rozciąganie 5,5 MPa n<5% , beton mało ścieralny: rampy, pojazdy. W betonie skurczeniu ulega zaczyn cementowy, więc na powierzchni powinna być warstwa kruszywa lub materiału mało ścieralnego a nie jest to łatwe, wtapia się w powierzchnie opiłki żeliwa, grys granitowy, drut stalowy. Cement wysokiej klasy 42,5 szczelne kruszywo (aby było mniej zaczynu) polewanie betonu 2 tygodnie. Grubość warstwy betonu narażonego na ścieranie nie mniej niż 4 cm. Betony odporne na korozję: korozja betonu: -wymywanie składników rozpuszczalnych, przesiąkanie przez beton, -procesy związane z reakcjami między składnikami betonu a środowiskiem agresywnym, mogą wtedy powstawać sole produkty ulegają rozpuszczeniu, -w wyniku reakcji z medium agresywnym powstawanie soli, które krystalizując w porach rozsadzają. Betony żaroodporne: -znosi temperaturę do 200C, -powyżej 600C występują różnice w rozszerzalności cieplnej, -kruszywo nie ulega nadmiernej rozszerzalności pod wpływem temperatury np.: żużle hutnicze, wypalana glina kaolitowa, -korwol duża odporność i wytrzymałość, kosztowny, -bazalit i inne kruszywa ze skał magmowych wylewnych odporne na temperaturę 600C, -mikrowypełniacz ma uszczelniać mieszankę betonową i beton, -popioły lotne, żużle hutnicze powodują szczelność betonu, -cement co najmniej 250 kg, -duża ilość zaprawy cementowej ok. 500 dm/m3. Betony polimerowe: -polimery żywice, związki wielocząsteczkowe podstawą najważniejszych składników tworzyw sztucznych, -cement polimerowy polimer wprowadza się w czasie mieszania mieszanki, -zastąpienie cementu żywicą (betony żywiczne), -betony impregnowane polimerami wtedy gdy stwardnieje impregnuje się żywicą jego powierzchnie, -polimery eliminują w dużym stopniu porowatość. Zalety: zwiększenie wytrzymałości, -wytrzymałość betonu gdzie jedynym spoiwem jest żywica 50-100MPa, -odporność na działanie czynników chemicznych -bardzo dobra przyczepność do podłoża i innych materiałów, -bardzo szybki przyrost wytrzymałości, -wykorzystanie do napraw elementów konstrukcyjnych. Wady: -duże pełzanie zwiększanie odkształceń w czasie przy stałym obciążeniu, -wrażliwość na podwyższone temperaturę, duże koszty produkcji. Betony wysokiej wytrzymałości: - o klasach powyżej B-60, -cement 52,5 wysokiej klasy, -przy niskim stosowaniu wody do cementu 0,2-0,3 cały cement zhydratyzowany, -mało porów powietrznych i kapilarnych, -stosowanie plastyfikatorów zmniejsza tarcie wewnętrzne w/c w normalnych betonach 0,45-0,60 w/c w BWW =0,2-0,3, -stosuje się mikro krzemionkę wiąże z wodorotlenkiem wapnia który wydziela się w czasie mieszania cementu z wodą i z tym wodorotlenkiem wchodzi krzemionka w reakcje, -zwiększona szczelność, -krzemionki stosuje się 10% masy cementu. Betony lekkie: -gęstość poniżej 1,8 g/dm3, -stosuje się lekkie kruszywa, -mogą być szczelne (zwarte) półzwarte (jamistość 15-30%) i jamiste (porowatość powyżej 30%), -betony lekkie oznacz się przez LB 2,5 5 aż do 30, -betony z keramzytu jamiste LB 2,5, -betony zwarte LB 15, -z agloporytów można uzyskać betony zwarte do LB 25 można robić zbrojone płyty żelbetowe, betony komórkowe z cementu i wapnia , mielony piasek, woda proszek glinowy albo coś innego powodujące powstawanie pęcherzyków metoda autoklawizacji pod wysokim ciśnieniem i temperatury. PGS bloczki o klasach 1,5-6, -gęstość pozorna w stanie suchym od 0,45-0,75.