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 CO
2
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: SiO
2
, Al
2
O
3
,
Fe
2
O
3
. 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:
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.
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.
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,
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 –dwukrotny wzrost objętości
- pęcznienie magnezjowe – mniejszy wzrost objętości
- pęcznienie gipsowe- kilkukrotny wzrost objętości
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. Spoiwo budowlane przechowuje się w
suchych, przewiewnych i zamkniętych magazynach. 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.
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.
Skład mineralny:
Krzemian trójwapniowy
Krzemian dwuwapniowy
Glinian trójwapniowy
Glinożelazian czterowapniowy
Cement jest to mieszanina składników: głównych,
drugorzędnych, siarczanu wapna i dodatków.
Składnikiem głównym cementu jest klinkier portlandzki
(K), 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%.
Cement portlandzki CEM I
Uzyskuje się go poprzez zmielenie klinkieru portlandzkiego z
dodatkiem ok. 5% siarczanu wapnia dwuwodnego lub
anhydrytu. Wyróżnia się cementy portlandzkie klasy 32,5 42,5
oraz 52,5 oraz cement o zwiększonej wytrzymałości
początkowej oznaczone symbolem R .
Cement mieszany CEM II
Cement ten produkuje się przez wspólne zmielenie klinkieru
portlandzkiego, dodatków mineralnych oraz gipsu jako
regulatora czasu wiązania. 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.
Cement hutniczy CEM III
Otrzymuje się go przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z
gipsem i granulowanym żużlem wielkopiecowym lub przez
wymieszanie oddzielenie zmielonych składników.
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.
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.
Wiązanie i twardnienie cementu:
I.
Bezpośrednio po zarobieniu cementu wodą następuje
rozpad ziaren cementu – hydroliza (woda dostaje się
do środka cementu), proces ten trwa od kilku do
kilkunastu minut
II.
Proces hydratacji: wiązanie wody – powstaje żel
cementowy, proces ten trwa od kilku minut do kilku
godzin
III.
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
Cement portlandzki biały
Charakteryzuje się on dużym stopniem białości oraz
parametrami odpowiadającymi cementom portlandzkim klasy
32,5 oraz 42,5. Cement biały zawiera głównie krzemiany
wapnia.
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.Wykazuje małą tendencję do pęcznienia i
skurczu.
Cement niskoalkaliczny
Wymagania dla cementu niskoalkalicznego spełniają CEM
I,CEM II, CEM III, CEM IV, CEM V,
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 plastyfikowany
- Otrzymywany przez zmielenie klinkieru i gliny z dodatkiem
substancji
Cement szybkotwardniejący
Cement drogowy: Bardzo mały skurcz, Powolne twardnienie,
Dobra przyczepność do podłoża, Wysoka wytrzymałość na
ściskanie, Bardzo wysoka mrozoodporność, odporność na
agresję siarczanową, chlorkową, kwasową
Cement ekspansywny
Cement hydrotechniczny
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 (
> 3000 kg/m
3
) : baryt, magnetyt,
Zwykłe ( 2000<
< 3000 kg/m
3
) : granit, bazalt,
dolomit, wapienie
Lekkie (
< 2000 kg/m
3
)
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
łamane
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
Zanieczyszczenia :
Zawartość pyłów mineralnych - Cecha ta wywiera
wpływ głównie na właściwości wytrzymałościowe i
mrozoodporność betonu.
- 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
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 SiO
2
,nie
mają właściwości wiążących, tworzą związki nie
rozpuszczalne w wodzie
IX. DOMIESZKI DO BETONU
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.
Domieszki przyśpieszające wiązanie:
- Są to preparaty, które powodują natychmiastowe wiązanie
cementu
- Najbardziej rozpowszechniony jest chlorek wapnia (CaCl
2
).
- Kwas solny HCl , działa podobnie jak chlorek wapniowy,
przyspiesza hydratację ziaren cementu
- chlorek sodu i potasu
Domieszki opóźniające wiązanie:
Domieszki napowietrzające: Powodują znaczące
zwiększenie mrozoodporności, polepszenie urabialności,
zwiększają w sposób sztuczny ilość frakcji pylastej
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:
4. Domieszki ekspansywne
5.Domieszki uszczelniające
7. Domieszki zwiększające przyczepność betonu ,
8. Domieszki barwiące betony
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.
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
Warunek objętości absolutnych:
V= C/
c
+ k/
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
Metoda 3 równań
1. Zakładamy klasę betonu
2. zakładamy konsystencję w zależności od zbrojenia,
deskowania itp.
3. Zakładamy szczelność mieszanki betonowej
warunek wytrzymałości: R = A
1
(c/w – 0,5)
c/w < 2,5
R = A
2
(c/w + 0,5) c/w > 2,5
warunek konsystencji: w = cw
c
+ kw
c
[dm
3
]
warunek objętości absolutnych V= C/
c
+ k/
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+
(n-28))
= 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/dm
3
(wg normy europejskiej
2,0 kg/dm
3
), 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/dm
3
-
zwykłe - 1800 do 2600 kg/dm
3
-
ciężkie - powyżej 2600 kg/dm
3
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
A
1
i A
2
– współczynniki zależne od rodzaju kruszywa grubego
i od klasy wytrzymałościowej cementu.
Rs = 32,5 Mpa – dla naturalnych kruszyw
c/w < 2,5 to przyjmujemy A
1
oraz „-”
c/w > 2,5 to przyjmujemy A
2
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.
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.
Porowatość zaczynu i betonu
Stosunek w/c i stopień hydratacji są głównymi czynnikami
wpływającymi na porowatość kapilarną kompozytów
cementowych.
XIII. WYKONAWSTWO
Betonownie
W przypadku zapotrzebowania większej ilości betonu zaleca
się jego produkowanie w betonowniach, Kruszywo
dostarczane transportem samochodowym, kolejowym lub
wodnym. Z wagonów rozładowywane 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. Powierzchnia placu składowego utwardzona, z
odpływem wód opadowych. Każdy rodzaj kruszywa, klasa i
frakcja musi leżeć na osobne hałdzie. Cement dowożony
specjalnymi cementowozami . Dozowanie składników betonu
za pomocą specjalnych dozowników, według recept
opracowanych przez laboratorium betonowni, metodą
objętościowo -wagową lub wagową. Mieszanie odbywa się 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.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. W pionie taczkę unosi
dźwig towarowy lub osobowo-towarowy. Przy większych
odległościach stosowane są wózki z napędem elektrycznym.
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..
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
2. Pompy
-
pompy o działaniu mechanicznym, hydraulicznym
oraz rotacyjnym
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
Układanie mieszanki betonowej:
Stosuję się 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
Wibrowanie mieszanki betonowej
Ułożona mieszanka betonowa powinna być zagęszczona za
pomocą odpowiednich urządzeń mechanicznych: wibratorów
wgłębinowych, powierzchniowych, przyczepnych, prętowych.
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.
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.
3. Wibratory powierzchniowe - Cienkie elementy poziome
zagęszcza się wibratorem powierzchniowym, który przesuwa
się po powierzchni elementu.
4. Wibratory objętościowe – stosowane w prefabrykacji,
nośność nawet do 20 ton
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,
odpowietrzone betony mają duże wytrzymałości wczesne: po
2 dniach osiagają 30- 40 % wytrzymałości 28 dniowej,
nasiąkliwość maleje, mrozoodporność polepsza się
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
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%)
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
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)
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, cement powinien być: wyższych marek,.domieszki,
kruszywo powinno mieć nasiąkliwość do 2%, zawierać małe
ilości frakcji pylastej, zawierać małe ilości wody (woda
zamarza i rozsadza beton)
2.Podgrzewanie mieszanki betonowej:
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
Pielęgnacja mieszanki betonowej:
Metody utrzymywania wilgoci: polewamy rozproszonym
strumieniem wody, przykrywanie betonu matami
utrzymującymi wilgotność, stosowanie preparatów, które
zapobiegają , przykrywanie materiałami utrzymującymi
wilgotność (maty z wełny szklanej): przykrywamy beton i
polewamy wodą
Pielęgnacja:, polewanie rozpoczynamy po 24h od momentu
ułożenia mieszanki, 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