BETONY SAMOZAGĘSZCZALNE
Cechy charakterystyczne:
Wysoka płynność, bez skłonności do segregacji składników
Zdolność do samoistnego odpowietrzania się i zagęszczania pod wpływem własnego ciężaru
Zastosowanie najnowszej generacji superplastyfikatorów
Zastosowanie znacznej ilości dodatków mineralnych
Porównanie skład betonu zwykłego i bs:
*pył (cząstki pylaste) – cement + dodatki min. (popiół, mączka wapienna, pył krzemionkowy, żużel granulowany) + frakcje kruszywa < 0,125mm
*piasek (kruszywo drobne) – 0,125-4mm
*żwir (kruszywo grube) – 4-16(20)mm
Przyrządy do badań:
*stożek i lejek (V-funnel) do zapraw; Rm = 10/t t (czas wypływu) = 7-11s
*stożek i lejek (V-funnel) do betonów; t (czas wypływu mieszanki) = 8-12s
*L-box, U-box, Kajima-box, J-Ring
*przyrządy do oceny odporności na segregację (dobra odporność na segregację w kierunku pionowym, gdy H<7mm):
- przyrząd do penetracji – miarą odporności betonu na segregację jest głębokość penetracji Pd≤8mm cylindra penetracyjnego o m=54g przez t=45s
BETONY LEKKIE
Beton lekki – beton o gęstości w stanie suchym nie mniejszej niż 800kg/m3 i nie większej niż 2000kg/m3. Jest produkowany z zastosowaniem wyłącznie lub częściowo kruszywa lekkiego.
Kruszywo lekkie – kruszywo pochodzenia min. o gęstości ziaren w stanie suchym nie większej niż 2000kg/m3 lub gęstości nasypowej w stanie luźnym suchym nie większej niż 1200kg/m3
Klasy gęstości:
1 – 901-1000kg/m3
1,2 – 1001-1200kg/m3
1,4 – 1201-1400kg/m3
1,6 – 1401-1600kg/m3
1,8 – 1601-1800kg/m3
2 – 1801-2000kg/m3
Podział kruszyw lekkich:
*min. łamane
*sztuczne z surowców min. poddanych obróbce technicznej
*sztuczne z odpadów przemysłowych poddanych obróbce termicznej
*sztuczne z odpadów przemysłowych nie poddanych obróbce termicznej
LEKKIE BETONY WYSOKOWARTOŚCIOWE
*gęstość objętościowa poniżej 2000kg/m3
*klasy od LC 55/60 do LC 80/88
*kruszywa lekkie – liapor, leca, solite, lytag
*pozostałe składniki – jak BWW
FIBROBETONY
Nazwa fibrobetony obejmuje kompozyty, których matrycę stanowi zwykły beton cementowy, zaś dodatkowym składnikiem jest zbrojnie rozproszone w postaci włókien z rozmaitych materiałów. Utworzony kompozyt składa się z kruchej matrycy i ciągliwego uzbrojenia, którego podstawowym celem jest kontrolowanie powstawania i propagacji rys.
Idea mikrouzbrojenia:
*włókna ograniczają skurcz otaczającego je zaczynu, redukują ilość powstałych w wyniku skurczu defektów
*po obciążeniu betonu spełniają rolę elementów „zszywających” rysy i zapobiegających w ten sposób ich rozprzestrzenianiu się
*wytrzymałość betonu jest większa zwłaszcza na rozciąganie i zginanie
*materiał jest bardziej „ciągliwy”
Rola włókien:
*w elementach konstrukcyjnych – uzupełnienie zbrojenia głównego
*w innych elementach jak cienkie płyty lub podłogi przemysłowe – jedyne uzbrojenie
Rodzaje włókien:
*azbestowe – wycofane – otrzymywane przez rozdrabnianie surowca kopalnego. Są naturalnym materiałem włóknistym.
*roślinne – rzadko stosowane – otrzymywane są z liści i łodyg roślin z krajów tropikalnych i podzwrotnikowych
*celulozowe – rzadko stosowane – otrzymywane są z odpadów drewna. Charakteryzuje je ograniczona trwałość. Konieczne są zabezpieczenia przed procesami gnicia, zagrzybieniem itd.
*szklane – wytwarzane są z różnego rodzaju szkła
*syntetyczne
– węglanowe – typu PAN lub pitch (mają wytrzymałość na rozciąganie dochodzącą do 800MPa, a moduł Younga do 30GPa; są odporne na wszelkie czynniki chemiczne i wys. temp.)
– polipropylenowe – stosowane w celu kontrolowania rys pochodzących od skurczu plastycznego świeżego betonu. Wytwarzane są w dwóch odmianach: włókna fibrylowane (modyfikowanych chemicznie) pasków ciętych z folii 12-38mm lub włókna elementarne o przekroju kołowym cięte z przędzy 6-12mm. Gęstość polipropylenu = 0,9kg/dm3; wytrzymałość na rozciąganie 300-400MPa
*stalowe – najczęściej stosowane
– włókna z zakotwieniami haczykowatymi
– włókna falowane
– włókna frezowane
– siatki, maty, plecionki itp.
Ilość włókien dodawanych do betonu zależy od rodzaju, kształtu, smukłości i wytrzymałości włókien na rozciąganie.
Technologia wykonania fibrobetonu:
*skład betonu-matrycy i metody jego określania są takie same jak w przypadku betonu zwykłego
*wprowadzenie włókien powoduje zmianę konsystencji i urabialności
*włókna muszą być jednorodnie umieszczone w mieszance
*włókna dodaje się po wsypaniu kruszywa, a przed dodaniem cementu. Można także dodawać do gotowej mieszanki w betoniarce lub przez lej załadowczy do mieszarki samochodowej
Układanie fibrobetonu:
*tradycyjne betonowanie mieszanką z dodatkiem włókien
*natryskiwanie zaprawą lub betonem z drobnym kruszywem i włóknami
*zastosowanie różnych technik prefabrykacji elementów
Fibrobetony z włóknami stalowymi są stosowane do:
*nawierzchni drogowych, mostowych i lotniskowych
*posadzek przemysłowych i magazynowych
*elementów narażonych na oddziaływania dynamiczne (falochrony, fundamenty pod maszyny)
*obudowy tuneli realizowane metodą natryskową
*obiektów hydrotechnicznych
*elementów prefabrykowanych (rur)
*napraw i remontów elementów betonowych i żelbetowych (płaszcze chłodni kominowych)
Fibrobetony z włóknami polipropylenowymi są stosowane do:
*posadzek przemysłowych
*cienkościennych elementów elewacyjnych
*napraw
*monolitycznych zbiorników żelbetowych na wodę oraz zbiorników w oczyszczalniach ścieków
BETONY ULTRAWYSOKOWARTOŚCIOWE
Skład BUWW:
*cement
*drobne kruszywo
*pyły krzemionkowe
*mikrozbrojenie z włókien metalowych, polipropylenowych…
*obróbka cieplno-wilgotnościowa
Fibrobetony wysokowartościowe:
*sifcon – włókna stalowe układanie w formach i zalewane zaczynem o dużej płynności. Objętość włókien do 20%.
*simcon – włókna są układane w postaci mat, często rozwijanych z rulonów
*RPC – mikrokrzemionka, piasek, cement, superplastyfikator i mikrowłókna stalowe (10%)
*HPFRC i UHPFRC – kompozyty o wysokiej wytrzymałości uzbrojone mikrowłóknami
*SCC – betony samozagęszczalne
*SLC – betony samopoziomujące
*FRP – włókna niemetaliczne o wysokich właściwościach mechanicznych w matrycach polimerowych stosowane do zbrojenia i wzmacniania konstrukcji żelbetowych i sprężonych. Elementy wykonywane w postaci prętów, siatek i taśm.
BETONY WYSOKOWARTOŚCIOWE – BWW
Betony nowej generacji:
*betony wysokowartościowe - BWW
*fibrobetony (włóknobetony)
*lekkie betony wysokowartościowe – LBWW
*betony wysokowartościowe samozagęszczalne – BWWS
Podział ze względu na wytrzymałość na ściskanie:
*beton wysokowartościowy – BWW – klasy > C50/60 – B100
*beton bardzo wysokowartościowy – BBWW – klasy B100 – B150
*beton ultra wysokowartościowy – BUWW – klasy powyżej B150
Betony BWW – definicje:
*beton, w którym jedna lub więcej cech charakterystycznych została udoskonalona przez odpowiedni dobór składników.
*beton o niskim wskaźniku wodnocementowym, lub wodno-spoiwowym i zoptymalizowanym wskaźniku kruszywo składnik wiążący.
*beton, w którym pojawia się skurcz samoczynny, gdy beton nie jest on odpowiednio pielęgnowany.
Jak uzyskać BWW:
*redukcja wody zarobowej (superplastyfikatory)
*stosowanie wysokiej jakości cementów i kruszyw
*wprowadzenie do składu aktywnych mikrowypełniaczy (pył krzemionkowy)
*utrzymanie bardzo wysokiego reżimu technologicznego w procesie wytwarzania, transportu i układania mieszanki betonowej
*pielęgnacja świeżego betonu
Cechy charakterystyczne BWW:
*W/C < 0,4
*wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach co najmniej 60 MPa
*dobra urabialność utrzymywana co najmniej przez 1 godz.
*duża trwałość związana ze szczelnością
Skład BWW i BBWW:
*cement, kruszywo, woda
*uzupełniające materiały wiążące
*superplastyfikatory
Dobór składników:
*cement – klasy: CEM I 42,5; CEM I 52,5 i wyższe; ilość: od 400 do 550 kg/m3, a przy BUWW nawet powyżej 700 kg/m3
*kruszywo – max. średnica ziaren 20 mm. Im wyższa projektowana wytrzymałość tym mniejsza max. średnica ziaren. Wskaźnik uziarnienia piasku 2,7–3,0
Uzupełniające materiały wiążące:
*pyły krzemionkowe – od 3 do 10% masy cementu,
*popioły lotne – od 10 do 30% masy cementu, tylko do klas < B100,
*granulowany żużel wielkopiecowy – od 15 do 30% masy cementu, ale z jednoczesnym użyciem 10% pyłów krzemionkowych,
tylko do klas < B100
*metakaolin, popiół z łusek ryżowych, pył wapienny
Głównym celem użycia superplastyfikatorów jest:
*zwiększenie ciekłości mieszanki betonowej lub zaprawy bez zmiany składu (W/C=const),
*zwiększenie wytrzymałości betonu przy redukcji ilości wody (efekt redukcji wskaźnika W/C z zachowaniem konsystencji wyjściowej),
*mniejsze zużycie cementu bez uszczerbku dla wytrzymałości i urabialności mieszanki betonowej (z jednoczesną redukcją ilości wody zarobowej o 30 ÷ 40%, W/C=const).
Dobór spoiwa:
*betony do B100 (B75)
• tylko cement
• cement + popiół lotny
• cement + pyły krzemionkowe
• cement + żużel + pyły krzemionkowe
• cement + popiół + pyły krzemionkowe
*betony powyżej B100 (B75)
Pyły krzemionkowe:
Ogólne równanie hydratacji cementu można zapisać w postaci:
Cement + woda = C-S-H (żel) + Ca(OH)2 + gliniany
Dodanie do cementu pyłów krzemionkowych pozwala uzyskać drugą fazę CSH i zmniejszyć ilość niepożądanego rozpuszczalnego Ca(OH)2
SiO2 + x · Ca(OH)2 + y · H2O = x · CaO · SiO2 · (x + y) H2O
Projektowanie składu BWW:
*metody doświadczalne
- Równanie Bolomey’a – nieaktualne, gdyż C/W > 2,8
- Równanie konsystencji – nieaktualne, ponieważ stosuje się domieszki upłynniające
- Równanie szczelności – aktualne!
Skurcz betonu:
*skurcz plastyczny
*skurcz samoczynny, samorodny, autogeniczny
*skurcz betonu wysychającego,
*skurcz termiczny,
*skurcz karbonatyzacyjny,
Skurcz BWW:
*skurcz całkowity – mniejszy
*skurcz samoczynny – większy !
Pielęgnacja BWW:
*aby ograniczyć skutki wzrostu temperatury i zmian objętościowych w początkowym okresie wiązania i twardnienia BWW trzeba możliwie jak najwcześniej rozpocząć wodną pielęgnację betonu.
*jest ona ważna z dwóch powodów: umożliwia hydratację jak największej ilości cementu i minimalizuje wartość skurczu samoczynnego.
*tak jak w przypadku betonów zwykłych pielęgnacja wodą jest zalecana, tak w przypadku BWW jest ona niezbędna.
Właściwości mechaniczne:
*w betonach zwykłych najsłabszym ogniwem jest stwardniały zaczyn cementowy i strefa przejściowa wokół ziaren kruszywa grubego.
*w betonach wysokowartościowych, w związku ze zwiększoną zdecydowanie wytrzymałością stwardniałego zaczynu cementowego, zanika strefa przejściowa między zaczynem i grubym kruszywem, które staje się najsłabszym ogniwem w betonie, co przejawia się w przechodzeniu rys właśnie przez ziarna grubego kruszywa.
*mniejsza różnica między sztywnością matrycy i kruszywa w BWW w porównaniu do betonów zwykłych zwiększa jednorodność rozkładu naprężeń, tworzy się mniej mikrorys, co przejawia się bardziej gwałtownym pękaniem.
*przyrost wytrzymałości na rozciąganie jest relatywnie mniejszy, co świadczy o większej kruchości BWW.
*moduł sprężystości większy
*pełzanie mniejsze
Odporność BWW:
*odporność ogniowa jest mniejsza niż betonu zwykłego ze względu na niską przepuszczalność, co uniemożliwia odprowadzenie pary powstałej z wody zawartej w uwodnionym zaczynie w czasie pożaru, (pożary w tunelach)
*zwiększona odporność betonu na reakcję alkalia-krzemionka.
*zwiększona odporność na wpływy klimatyczne i oddziaływania środowisk agresywnych.
*odporność na ścieranie BWW jest bardzo dobra dzięki wysokiej wytrzymałości i dobrej przyczepności między kruszywem i matrycą
*przyczepność betonu do zbrojenia jest około 40% większa niż w przypadku betonów zwykłych.
Zalety BWW:
*podwyższenie trwałości
*zmniejszenie ciężaru własnego konstrukcji
*zwiększenie wczesnej wytrzymałości betonu umożliwiające szybsze obciążenie konstrukcji
*zwiększenie wytrzymałości, pozwalające na projektowanie smuklejszych i lżejszych konstrukcji
*poprawa urabialności i pompowalności betonu
*większa odporność na ścieranie i agresję chemiczną
*nowe możliwości konstrukcyjne (większa rozpiętość przęseł, mniejsze przekroje słupów, większe powierzchnie pomieszczeń, itp.)
*zmniejszenie zużycia materiałów
*niższe koszty utrzymania obiektów
*walory estetyczne
*niższe koszty całkowite
Zastosowanie BWW:
*mosty
*platformy wiertnicze
*budynki wysokie
...
przemek.frackowiak