Odtwarzanie składu betonu

WPROWADZENIE

Beton jest tworzywem otrzymywanym przez zmieszanie kruszywa (tzw.

wypełniacza), ze spoiwem, które w wyniku reakcji fizykochemicznych wi

ąż

e stos

okruchowy w monolityczn

cało

ść

. Jest to definicja ogólna, gdy

zale

nie od celu,

któremu beton ma słu

, jako wypełniacza mo

na u

ró

norodnych materiałów

nieorganicznych i organicznych; podobnie spoiwo mo

e by

wytworzone na bazie

nieorganicznej (cement, wapno) i organicznej (bitumy,

ywice).

W zwykłym betonie konstrukcyjnym wypełniaczem jest kruszywo kamienne, a

spoiwem cement zmieszany z wod

, czyli zaczyn. Podstawowym wymaganiem, jakie

stawia si

budowlom betonowym, jest zachowanie przez nie trwało

ci w dostatecznie

długim czasie. Prawidłowo zaprojektowany i wykonany beton jest dostatecznie trwały

przez wiele lat.

W praktyce budowle betonowe s

sto nara

one na agresywne działanie

ró

nych

rodowisk wodnych i gruntowych, a tak

e gazowych. Te oddziaływania w

wielu przypadkach powoduj

uszkodzenia betonu. Procesy niszcz

ce beton mog

mie

przebieg ró

norodny, zale

ny zarówno od działaj

cych czynników

zewn

trznych, od rodzaju i składu chemicznego cementu u

ytego jako spoiwa, od

własno

ci kruszywa jak i od struktury i wieku betonu. Prowadzi

one mog

wymycia rozpuszczalnych składników betonu (głównie wodorotlenku wapnia),

utworzenia łatwo rozpuszczalnych zwi

zków, lub do reakcji z substancjami

wchodz

cymi w skład betonu z wytworzeniem zwi

zków o znacznie zwi

kszonej

obj

ci. W rezultacie zwi

ksza si

porowato

ść

i nast

puje osłabienie struktury lub

łuszczenie, rozsadzanie i destrukcja betonu.

Przy rozwa

aniu jako

ci stwardniałego czy eksploatowanego betonu stawiane

jest cz

sto pytanie czy skład betonu jest zgodny z projektem lub te

czy uległ

procesom korozyjnym. Mo

e si

zdarzy

e wła

ciwo

ci (fizyczne lub

wytrzymało

ciowe) rzeczywistej konstrukcji betonowej ró

od tych, jakie

zało

ono w obliczeniach projektowych na skutek bł

dów popełnionych na placu

budowy (dodana zbyt mała ilo

ść

cementu, zła jako

ść

cementu, nieodpowiednie

uziarnienie kruszywa itp.). W celu wyja

nienia tego zagadnienia podejmowane s

fizyczne i chemiczne badania próbek stwardniałego betonu maj

ce za zadanie

odtworzy

jego skład,

Znanych jest kilka metod okre

lania składu betonu, które s

oparte na jednym

lub kilku z ni

ej wymienionych oznacze

składu chemicznego rozdrobnionej próbki betonu, ze szczególnym

uwzgl

dnieniem dwóch składników: krzemionki rozpuszczalnej w HCl i (lub)

CaO,

składu granulometrycznego próbki betonu,

zawarto

ci cz

ęś

ci nierozpuszczalnych w HCl w próbce betonu, ubytków masy

rejestrowanych w czasie analizy termicznej próbki w okre

lonym zakresie

temperatur,

obj

ci spoiwa i kruszywa przy zastosowaniu analizy mikroskopowej,

ilo

ci energii promieniowania izotopu

241

Am pochłoni

tej przy zetkni

ciu

odpowiedniej sondy z betonem,

sto

ci zaczynu cementowego.

Analiza stwardniałego betonu dotyczy przede wszystkim oznaczenia

zawarto

ci cementu i kruszywa w 1m

betonu i to jest celem niniejszego

wiczenia.

W niektórych krajach okre

lenie składu stwardniałego betonu jest uj

te w normach

(np. norma ASTM C 85 - 66 opisuje metod

okre

lania zawarto

ci cementu, opart

na spostrze

eniu,

e krzemiany w cemencie portlandzkim znacznie łatwiej rozkładaj

i staj

rozpuszczalne w rozcie

czonym kwasie solnym ni

składniki krzemianowe

zawarte w kruszywie).

W Polsce analiz

składu stwardniałego betonu opisuje instrukcja ITB m- 277 –

"Instrukcja okre

lania składu stwardniałego betonu".

Przedmiotem instrukcji jest laboratoryjna metoda szacunkowego oznaczania

zawarto

ci kruszywa i cementu portlandzkiego w stwardniałym betonie. Przy

stosowaniu tej metody mog

badane betony, w których projektowana zawarto

ść

cementu portlandzkiego marki 35 lub cementu portlandzkiego marki 35 z dodatkami

w 1 m

betonu mie

ci si

w granicach od 250 do 400 kg, a jako kruszywo

wykorzystano

wir, kruszywo łamane z granitu albo z wapienia oraz piasek.

Metoda jest oparta na oznaczaniu: g

sto

ci pozornej betonu, stwierdzeniu

obecno

ci dodatków w postaci

la, popiołu lub obu tych dodatków ł

cznie w

zaczynie wyseparowanym z betonu, zawarto

ci w betonie cz

ęś

ci nierozpuszczalnych

w HCl oraz zawarto

ci składników przył

czonych do spoiwa cementowego w trakcie

twardnienia.

W ramach

wiczenia nale

y oznaczy

tylko zawarto

ść

kruszywa i cementu w

stwardniałym betonie i to oznaczenie jest uj

te w mniejszej instrukcji.

WYBÓR MIEJSCA I SPOSÓB POBIERANIA PRÓBEK DO BADA

Najwi

ksz

trudno

ść

w odtwarzaniu składu betonu stanowi fakt,

e materiał

ten jest niejednorodny. Z tego wzgl

du wielko

ść

próbki i sposób jej pobrania ma

istotne znaczenie dla dokładno

ci wyników.

Próbki do bada

składu betonu pobiera si

przez odłupanie lub odkucie

nieregularnych brył betonu. Oznaczenie składu betonu mo

e by

wykonane równie

na próbkach poddanych badaniom wytrzymało

ci metod

niszcz

Mas

próbki uzale

nia si

zazwyczaj od wielko

ci ziaren kruszywa. Minimalna

masa próbki betonu (suma mas poszczególnych kawałków) przy wielko

ci kruszywa

do 40 mm powinna wynosi

nie mniej ni

3 kg. Przy grubszym kruszywie masa

próbki powinna wynosi

nie mniej ni

5 kg. Pobran

próbk

betonu nale

y umie

w opakowaniu zabezpieczaj

cym straty jej masy. Wybieraj

c miejsce pobrania

próbek nale

y uwzgl

dni

: zewn

trzny wygl

d betonu, lokalne zmiany jego

zabarwienia, obecno

ść

wykwitów, nacieków itp. w całej budowli.

WYKONANIE

WICZENIA

Oznaczanie zawarto

ci kruszywa i cementu w stwardniałym betonie

Metoda polega na oznaczeniu g

sto

ci pozornej betonu, ilo

ci zawartych w

nim cz

ęś

ci nierozpuszczalnych w HCl i zawarto

ci składników przył

czonych w

trakcie hydratacji - hydrolizy i karbonizacji spoiwa cementowego w betonie oraz

wykonaniu odpowiednich oblicze

przy wykorzystaniu tych danych.

1. Oznaczanie g

sto

ci pozornej betonu

sto

pozorn

nazywa si

stosunek masy próbki, wysuszonej w

temperaturze 105 - 110° C do stałej masy, do jej ca łkowitej obj

ci, ł

cznie z

porami. Wyra

a si

w kg/m

sto

ść

pozorn

nale

y oznaczy

1. metod

bezpo

redni

, w przypadku próbek regularnych

2. metod

hydrostatyczn

, gdy próbki maj

kształt nieregularny.

Oznaczanie metod

bezpo

redni

. Oznaczanie metod

bezpo

redni

powinno by

przeprowadzone co najmniej na 3 próbkach o kształcie sze

cianu o boku

minimalnym 50 ± 3 mm albo walca o wysoko

ci równej jego

rednicy i wynosz

cej

minimum 50 ± 3 mm. Wysuszone do stałej masy próbki nale

y zwa

na wadze

technicznej z dokładno

±0,01g – m (kg)

Obj

ść

wyliczy

na podstawie dokładnych pomiarów wymiarów próbek V (m

sto

ść

pozorn

próbki oblicza si

ze wzoru :

)

(

Oznaczanie metod

hydrostatyczn

. Z partii badanego materiału nale

y wybra

sze

ść

próbek o kształcie nieregularnym, jednak zbli

onym do graniastosłupa lub

sze

cianu o wymiarach 40 x 60mm. Ł

czna masa próbek nie mo

e by

mniejsza ni

0,25kg. Próbki nale

y oczy

z gliny, kurzu itp. zanieczyszcze

oraz ponumerowa

farb

niezmywaln

w wodzie. Nast

pnie próbki wysuszone do stałej masy w

temperaturze 105 - 110ºC, nasyca si

wod

do stałej masy. Nast

pnie wa

y z

dokładno

do 0,02g w powietrzu (m

) oraz całkowicie zanurzon

w wodzie w

zlewce na wadze hydrostatycznej (m

). Obj

ść

próbki V oblicza si

wg wzoru:

)

(

)

(

−

gdzie: m

- masa próbki zwa

onej w powietrzu, kg

– masa próbki zwa

onej na wadze hydrostatycznej, kg

– g

sto

ść

wody, kg/m

2. Oznaczanie zawarto

ci kruszywa

2.1. Oznacznie zawarto

wiru i piasku. W opisanym ni

ej wariancie tego

oznaczenia przyjmuje si

e całkowita zawarto

ść

kruszywa (

wiru i piasku) w

betonie jest równa zawarto

ci w nim cz

ęś

ci nierozpuszczalnych w HCl.

Próbk

betonu o masie 1 kg nale

y rozdrobni

i cał

przesia

przez sito 1mm.

Nast

pnie przez kwartowanie pobiera si

z niej 50 - 100 g i suszy do stałej masy w

temp. 105°C. Po wysuszeniu i dokładnym wymieszaniu próbki odwa

a si

5 - 10 g i

rozciera do przej

cia przez sito 0.2 mm, po czym nawa

o masie 2 g poddaje si

analizie na zawarto

ść

ęś

ci nierozpuszczalnych.

Nawa

nale

y umie

z zlewce o pojemno

ci 250 cm

, doda

100 cm

roztworu wodnego HCl 1:3 (1.19) o temperaturze pokojowej. Zawarto

ść

zlewki

wymiesza

, a nierozpuszczon

pozostało

ść

rozetrze

starannie pr

cikiem szklanym i

po 15 min zla

przez dekantacj

. Nast

pnie doda

do osadu w zlewce 50 cm

HCl o

tym samym st

ęż

eniu i trzyma

na ła

ni wodnej w temp. 90 - 100°C. Zawarto

ść

zlewce przemy

dwa razy gor

wod

i zla

przez dekantacj

. Pozostało

ść

zlewce zala

50 cm

5% Na

i przetrzyma

15 min na ła

ni parowej w temp. 90 -

100°C, po czym przemy

dwukrotnie gor

wod

i zla

przez dekantacj

. Osad

zala

50 cm

wody, zakwasi

HCl (1.19) wobec oran

u metylowego dodaj

c nadmiar

kwasu (3-4 krople) i przes

czy

. Osad na s

czku przemy

gor

wod

około 6 razy

do zaniku reakcji na chlorki, (sprawdzi

azotanem srebra). Nast

pnie przenie

ść

do platynowego lub porcelanowego tygla i po spaleniu s

czka pra

do stałej masy

w piecu elektrycznym lub na palniku gazowym w temp. 1000°C. Po ochłodzeniu w

eksykatorze zwa

tygiel z osadem. Od otrzymanego wyniku odj

ąć

mas

tygla i

obliczy

zawarto

ść

ęś

ci nierozpuszczalnych K

cz.n.

w procentach, za pomoc

wzoru:

(%)

100

⋅

gdzie: m

– masa nawa

ki, g.

– masa cz

ęś

ci nierozpuszczalnych, g.

Zawarto

ść

kruszywa w betonie (warto

ść

K) przyjmuje si

równ

oznaczonej w

wyniku analizy ilo

ci znajduj

cych si

w nim cz

ęś

ci nierozpuszczalnych w HCl

(warto

ść

cz.n.

) tj. K = K

cz.n.

. Przy tym wynik analizy, otrzymany w procentach nale

przedstawi

w kg, za pomoc

wzoru:

)

(

100

⋅

gdzie:

• K

– zawarto

ść

kruszywa w betonie, kg,

• K

cz.n.

- zawarto

ść

kruszywa w betonie, %,

•

- g

sto

ść

pozorna betonu, kg/m

li kruszywo zawiera substancje rozpuszczalne w HCl nale

y zwi

kszy

dokładno

ść

przeprowadzenia pomiaru przez wprowadzenie odpowiedniej poprawki.

Zawarto

ść

kruszywa oblicza si

wtedy za pomoc

wzoru :

)

)(

(

100

gdzie :

• K - zawarto

ść

kruszywa, %

• K

cz.n.

- zawarto

ść

w betonie cz

ęś

ci nierozpuszczalnych w HCl, %

• R

- zawarto

ść

w kruszywie substancji rozpuszczalnych w HCl, %.

Warto

ść

nale

y ustali

na podstawie badania próbki kruszywa, post

puj

c tak

samo jak w przypadku betonu. Oznaczenie wykonuje si

identycznie bior

c w

miejsce betonu próbk

rednionego kruszywa.

3. Oznaczanie zawarto

ci w betonie zwi

zków przył

czonych w trakcie

zania i twardnienia cementu.

Zawarto

ść

S zwi

zków przył

czonych do cementu w trakcie dojrzewania

betonu nale

y ustali

na podstawie analizy otrzymanego derywatogramu betonu.

Analiza termiczna obejmuje zespół metod badawczych, w których pomiary polegaj

na okre

leniu zmian wybranych wła

ciwo

ci fizycznych analizowanych substancji

pod wpływem ogrzewania lub chłodzenia badanego materiału. Najszersze

zastosowanie w badaniach materiałów ceramicznych i budowlanych znalazły:

termograwimetria (thermogravimetry TG) i ró

nicowa termograwimetria

(differential thermogravimetry – DTG)

termiczna analiza ró

nicowa (differentia thermal analysis – DTA).

Metoda termicznej analizy ró

nicowej polega na pomiarach ró

nicy temperatury

substancji badanej i substancji wzorcowej podczas ich kontrolowanego ogrzewania.

Substancja wzorcowa jest oboj

tna termicznie, tzn. nie reaguje podczas ogrzewania

w zakresie temperatury stosowanej w analizie. Zwykle jako substancj

wzrocow

stosuje si

, wypra

onego w temperaturze 1200ºC. Przebieg krzywej DTA jako

wynik pomiaru dostarcza nast

puj

cych informacji:

czy w badanej substancji zachodz

jakiekolwiek przemiany zwi

zane z

pochłanianiem lub wydzielaniem ciepła

jakiego rodzaju s

to przemiany (Endo- lub egzotermiczne)

w jakich temperaturach (zakresach temperatur) maj

miejsce zachodz

przemiany

Termograwimetria polega na rejestrowaniu zmiany masy substancji w

czasie jej ogrzewania. Pomiary zwykle prowadzi si

w atmosferze utleniaj

cej

(powietrze lub O

) lub w atmosferze gazu oboj

tnego (azot lub argon). Wyniki

pomiarów temperatury i masy próbki przedstawione w formie graficznej daj

rezultacie krzyw

termograwimetryczn

(TG), na której zaznaczaj

stopnie

odpowiadaj

ce ubytkowi lub przyrostowi masy próbki w czasie ogrzewania. Stopnie

te cz

sto s

rozmyte, a w przypadku, gdy w próbce nast

puje po sobie kilka reakcji –

mog

one nawet nakłada

. W celu poprawienia czytelno

ci krzywych TG

wykonuje si

równolegle ró

nicow

analiz

termograwimetryczn

(DTG) pochodn

krzywej TG. Krzywa DTG przedstawia zmian

szybko

ci rozkładu substancji ze

wzrostem temperatury. Na podstawie tych krzywych mo

na okre

czy w badanej substancji zachodz

przemiany zwi

zane ze zmian

jej masy

(ubytek lub przyrost) charakterystyczne dla ró

nych rodzajów reakcji,

w jakim zakresie temperatury maj

miejsce zmiany masy badanej substancji,

ile wynosi zmiana masy substancji ogrzewanej (podstawa do ilo

ciowego

oznaczenia składu fazowego badanej substancji).

Bardzo cz

sto badania DTA, TG i DTG wykonywane s

za pomoc

urz

dze

pozwalaj

cych na przeprowadzenia pomiarów na tym samym preparacie

równocze

nie. Takie prowadzenie bada

znacznie ułatwia interpretacj

wyników

pomiarów.

3.1. Oznaczanie zawarto

ci zwi

zków przył

czonych S w trakcie

zania i twardnienia cementu w betonie z kruszywem

wirowym.

Próbk

do analizy derywatograficznej o znanej masie pobiera si

z próby

przygotowanej wg punktu 2.1. i dodatkowo roztartej do uziarnienia poni

ej 0,06 mm.

Zawarto

ść

zwi

zków przył

czonych S w tym przypadku przyjmuje si

równ

stratom

pra

enia próbki oznaczonym w temperaturze do 1000°C.

100

⋅

∆

m – ubytek masy próbki w trakcie pra

enia do 1000°C (mg)

m – masa próbki pobrana do analizy derywatograficznej (mg)

Aby wynik otrzymany w procentach przedstawi

w kg, w 1 m

betonu nale

wykona

przeliczenia według wzoru :

)

kg/m

(

100

⋅

gdzie:

- masa składników przył

czonych w trakcie dojrzewania betonu,

S - jak wy

ej, %

sto

ść

pozorna betonu, kg/m

4. Opracowanie wyników bada

4.1. Ocena składu betonu

Na podstawie przeprowadzonych oznacze

, wizji lokalnej oraz informacji z

dzienników budowy sporz

dza si

opracowanie, w którym zamieszcza si

dane

dotycz

ce charakterystyki badanego betonu. Pozostałe wyniki bada

zestawia si

tabelarycznie, zaznaczaj

c jak

metod

oznaczono zawarto

ść

kruszywa.

Sprawozdanie z laboratorium „Odtwarzanie składu betonu”

data:

Osoby wykonujące:

2.
Badano skład próbki:

oznaczanie zawartości części nierozpuszczalnych (kruszywa) w HCl

masa zlewki pustej:
masa zlewki z naważką:
masa próbki:

masa tygla z kruszywem:
masa pustego tygla:
masa kruszywa:

2. Oznaczanie gęstości pozornej:
symbol próbki

masa próbki

objętość próbki

gęstość

Gęstość średnia:

oznaczanie części przyłączonych w trakcie wiązania i twardnienia betonu:

Obliczenie ilości cementu:

SKŁAD BETONU

kg/m

Gęstość pozorna

Zawartość kruszywa

Związki przyłączone

Zawartość cementu

5. WNIOSKI: