Materiały do budowy dróg i infrastruktury portowej

Transkrypt

1 Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotów Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach Materiały do budowy dróg i infrastruktury portowej Opracowali: dr inŝ. Jarosław hmiel mgr inŝ. Konrad Kruk Zatwierdził: dr inŝ. Jarosław hmiel Szczecin

2 Materiały ceramiczne Definicja materiałów ceramicznych Są to materiały nieorganiczne o wiązaniach kowalencyjnych lub jonowych Otrzymywane zwykle w procesach wysokotemperaturowych Do grupy tej zalicza się również szkło i ceramika szklana Grupa ta obejmuje różnorodne substancje, poczynając od lodu, przez tlenki i węgliki metali aż do materiałów węglowych Ogólne właściwości materiałów ceramicznych Sztywność Wysoki moduł sprężystości Znaczna twardość Umiarkowana gęstość Niska odporność na pękanie słaba odporność na szoki cieplne mała podatność na formowanie Klasyfikacja i zastosowanie materiałów ceramicznych eramika Tradycyjna (porowata) InŜynierska (zaawansowana) Szkło Masowa produkcja Niski koszt Surowce gliniaste i ilaste Mała produkcja Wysoki koszt Surowce: czyste składniki Średnia produkcja Umiarkowany koszt Surowce: piaski soda, tlenki eramika tradycyjna - zastosowanie Masowo produkowane materiały budowlane cegła i dachówka kamionka cementy i betony materiały ogniotrwałe Materiały dla techniki sanitarnej porcelana, porcelit eramika tradycyjna - surowce i podstawy technologii Gliny zawierające tlenki krzemu, tlenki aluminium, rzadziej tlenki żelaza i magnezu Kaolin Piaski kwarcowe 2

3 eramika tradycyjna ogólna technologia Rozdrabnianie i oczyszczanie surowców Przygotowanie masy z surowców i wody Formowanie masy ceramicznej Suszenie uformowanej kształtki (odparowanie wody) Wypalanie w odpowiedniej temperaturze Nakładanie szkliwa (polewy) i ponowne wypalanie Podstawowe parametry materiałów ceramicznych dla budownictwa Wytrzymałość na ściskanie (nie powinny być bowiem obciążane siłami rozciągającymi) hłonność wody Mrozoodporność Odporność chemiczna ementy Spoiwo mineralne, w którym po zmieszaniu z wodą zachodzą procesy wiązania i twardnienia. ementy są spoiwami hydraulicznymi - twardnieją na powietrzu lub w wodzie a po stwardnieniu są odporne na działanie wody Podstawowe rodzaje cementów portlandzki podstawowy rodzaj cementu stosowany w budownictwie lądowym czas uzyskiwania pełnej wytrzymałości 28 dni. hutniczy zawiera dodatek żużla wielkopiecowego, w porównaniu z portlandzkim ma mniejsze ciepło wiązania i z tego względu używany do betonowania dużych masywów (zapory wodne, śluzy, budownictwo morskie) glinowy mieszanina boksytu z wapieniem czas wiązania 1 doba, odporny na wodę morską, silnie egzotermiczna reakcja wiązania. Stosowany do napraw awaryjnych i betonowania podczas mrozu Oznaczenie rodzajów cementów powszechnego użytku z uwagi na ilość dodatków Nazwa cementu Oznaczenie cementów według PN-B ement portlandzki EMI - ement mieszany ement hutniczy EM II/A EM II/B EM III/A EM III/B Dopuszczalna ilość dodatków [% wagowy] ement pucolanowy EM IV/A EM IV/B

4 Kolory rozpoznawcze worków i nadruku Klasy wytrzymałości Kolor rozpoznawczy Kolor nadruku 32,5 32,5 R 42,5 42,5 R 52,5 52,5 R jasnobrązowy zielony czerwony czarny czerwony czarny czerwony czarny biały Właściwości mechaniczne i fizyczne cementów powszechnego użytku Klasa Wytrzymałość na ściskanie [MPa] zas wiązania Stałość wczesna normowa początek 2 dni 7 dni 28 dni [min] 32,5 - > 16 >32,5 <52,5 32,5 R > 10 - koniec [h] 42,5 > 10 - >42,5 <62,5 >60 < 12 < 10 42,5 R > ,5 >20 - >52,5 - >45 < 10 52,5 R > Kruszywa Podział i nazwy kruszyw mineralnych objętości [mm] Rodzaj Wielkość ziaren według wymiarów otworów sit kontrolnych Naturalne Łamane od do nieskruszone kruszone zwykłe granulowane drobne - 2,0 2,0 4,0 grube 4,0 8,0 bardzo grube 8,0 16,0 16,0 31,5 piasek zwykły żwir pospółka mieszank kruszywa piasek kruszony 31,5 63,0 t ł u - Grys z otoczaków 63,0 250,0 otoczaki kamień łamany Mieszanka kruszywa z otoczaków miał kliniec czeń niesort (mieszanka) Piasek łamany (granulowany) grys Mieszanka kruszywa łamanego (sortowana) 4

5 Wymagania techniczne dotyczące piasków do zapraw budowlanych Właściwości piasku Odmiana I Odmiana II gatunek I gatunek II gatunek I gatunek II Wskaźnik uziarnienia* 2,8-3,8-2,4--3,4 - Zawartość pyłów mineralnych, nie więcej 5,0 8,0 4,0 5.0 niż [%] Zawartość zanieczyszczeń obcych, nie 0,1 0,25 0,1 1,0 więcej niż [%] Zawartość zanieczyszczeń organicznych barwa nie ciemniejsza od wzorcowej Zawartość siarki nie więcej niż [%] 1 Wymagania techniczne dotyczące surowca kamiennego do produkcji kruszyw łamanych Rodzaj skały Wytrzymałość skały na ściskanie [MPa] Skały magmowe i metamorficzne Marka kruszywa Skały osadowe (węglanowe, krzemionkowe, piaskowce) Wymagane właściwości dotyczące miału, piasku łamanego i drobnego kruszywa granulowanego Właściwości Wymagania dotyczące Zawartość zanieczyszczeń obcych wag. [% masy], nie więcej niż Wskaźnik piaskowy, nie mniejszy niż: a) dla kruszywa z wyjątkiem wapieni b) dla kruszywa z wapieni Zawartość zanieczyszczeń organicznych miału piasku łamanego Kruszywa drobnego granulowanego 0,5 0,1 0,1 20,0 20,0 65,0 40,0 65,0 40,0 barwa nie ciemniejsza niż wzorcowa Zawartość nadziania, wag. nie więcej niż [%] 20,0 15,0 15,0 Zawartość frakcji, 2,0 + 4,0 mm, wag. [%] powyżej ,0 5

6 Właściwości surowców skalnych stosowanych do produkcji kruszyw łamanych do celów drogowych Właściwości Jednostka Klasa I II III Wytrzymałość na ściskanie w stanie nasycenia wodą, nie mniej niż Nasiąkliwość, nie więcej niż: skały magmowe i przeobrażone MPa 120,0 80,0 60,0 % % 0,5 1,5 1,5 2, ,0 Mrozoodporność według metody bezpośredniej, ubytek masy % 2,0 4,0 10,0 Właściwości piasków do nawierzchni drogowych echa Gatunek Zawartość nadziania, wag. nie więcej niż [%] Zawartość ziaren mniejszych niż 0,075 mm, wag. nie więcej niż [%] Zawartość zanieczyszczeń obcych, wag. [% masy] nie więcej niż 0,1 0,1 0,2 Zawartość zanieczyszczeń organicznych, barwa cieczy Wymagane właściwości kruszyw żwirowych i mieszanek do celów drogowych nie ciemniejsza niż wzorcowa echa Nie więcej niż [wag. %] klasa I klasa II klasa III Nasiąkliwość 1 2,5 4 Mrozoodporność 2, Zawartość związków siarki w przeliczeniu na S03 0,2 1,0 1,0 Zawartość ziaren nieforemnych Zawartość ziaren słabych i zwietrzałych Zawartość zanieczyszczeń obcych 0,1 0,2 0,3 Zawartość zanieczyszczeń organicznych barwa cieczy nie ciemniejsza niż wzorcowa Wskaźnik piaskowy

7 Wymagane właściwości klińca i tłucznia do nawierzchni drogowych echy Klasa I II III Nasiąkliwość, wag. nie więcej niż [%] 1,5 + 2, Odporność na działanie mrozu (strata masy), wag. nie więcej niż [%] Właściwości i podział na klasy surowca skalnego do produkcji kruszywa łamanego do celów kolejowych Właściwości Jed- Klasa nostka I II ra Wytrzymałość na ściskanie w stanie powierzchniowym, nie mniejsza niż MPa Nasiąkliwość, wag. w stosunku do suchej masy kruszywa nie więcej % 1,5 2,0 3.0 niż Mrozoodporność, wag. nie więcej niż % 1,5 3,0 5,0 Właściwości i podział na gatunki kruszywa kamiennego łamanego do celów kolejowych Właściwości Tłuczeń Kliniec Skład ziarnowy wag., [%]: Gatunek zawartość frakcji nominalnej, nie mniejsza niż zawartość ziaren mniejszych od 63 mm zawartość nadziania, nie większa niż zawartość ziaren wydłużonych ponad 100 mm, nie więcej niż zawartość podziarna, nie większa niż zawartość ziaren mniejszych od 22,4 mm, nie większa niż zawartość ziaren mniejszych od 2 mm, nie większa niż zawartość cząstek mniejszych od 0,063 mm, nie większa niż Zawartość ziaren nieforemnych [%], nie więcej niż Zawartość zanieczyszczeń obcych [%], nie więcej niż 0,1 0,2 0,1 0, , ,

8 Beton Mieszanina cementu z kruszywem, zarobiona z wodą i twardniejąca wskutek wiązania i twardnienia cementu Betony gęstość beton lekki poniżej 1800 kg/m3 beton zwykły kg/m3 beton ciężki powyżej 2600 kg/m3 Podstawowy parametr: wytrzymałość na ściskanie Betony wytrzymałość wg. EN Klasa wytrzy- małości 8/10 12/15 16/20 [MPa] 20/25 25/30 30/37 35/45 40/50 45/55 50/60 fct cyl 8 12K tek cube Klasy wytrzymałości betonu w zależności od klasy cementu i współczynnika /W Klasa Współczynnik cementowo-wodny cementu 1,54 1,67 1,82 2,00 2,22 32,5 20/25 25/30 30/37 35/45 40/50 42,5 25/30 30/37 35/45 40/50 45/55 Przybliżone wytrzymałości betonu (w procentach wytrzymałości po 28 dniach w zależności od czasu dojrzewania i temperatury otoczenia Temperatura ement portlandzki powszechnego użytku zas twardnienia betonu [dni] ,5 32, ,5 32, ,5 32,5 - :

9 Beton - konsystencja Dane do porównywania oznaczeń konsystencji mieszanek betonowych według PN-B-06250:1998 Konsystencja mieszanki Przyrządy do pomiaru konsystencji betonowej Ve-Be stopień H [s] stożek opadowy opad [cm] wilgotna (KI) gęstoplastyczna (K2) plastyczna (K 3) półciekła (K4) ciekła (K 5) powyżej < powyżej 15 Klasy konsystencji mieszanki betonowej według opadu stożka Klasa Opad [cm] SI 1-4 S2 5-9 S S4 S >22 Zastosowanie betonów kruszywowych o różnych konsystencjach Konsystencja Zastosowanie betonu i sposób zagęszczania mieszanki betonowej wilgotna elementy betonowe ubijane ręcznie, prefabrykaty betonowe zagęszczane przez prasowanie wibracyjne gęstoplastyczna plastyczna Półciekła i ciekła elementy betonowe o nieskomplikowanych kształtach, zagęszczane przez ubijanie lub za pomocą wibratorów powierzchniowych konstrukcje betonowe i żelbetowe zagęszczane za pomocą wibratorów wgłębnych lub przyczepnych; konstrukcje żelbetowe formowane pionowo konstrukcje betonowe i żelbetowe o skomplikowanych kształtach, gęsto zbrojone; mieszanki betonowe transportowane hydraulicznie (pompami) Beton wodoszczelność Wodoszczelność jest to cecha określająca odporność betonu na przeciekanie wody pod ciśnieniem. Miarą wodoszczelności jest wskaźnik ciśnienia obliczany jako iloraz wysokości słupa wody do grubości przegrody. Liczba po literze W określa dziesięciokrotną wartość ciśnienia wody w MPa, działającego na próbki betonów. 9

10 Wskaźnik ciśnienia Stopień wodoszczelności betonu przy jednostronnym parciu wody stałym okresowym 0,5-5,0 W 2 W 2 6,0-10,0 W 4 W 2 11,0-15,0 W 6 W 4 16,0-20,0 W 8 W 6 21,0-40,0 W 10 W 8 ponad 40,0 W 12 W 10 Beton - mrozoodporność Stopień mrozoodporności betonu wyraża się liczbą lat (n) użytkowania konstrukcji betonowej. Stopień mrozoodporności jest osiągnięty wówczas, gdy po wskazanej w symbolu liczbie cykli zamrażania i odmrażania próbki nie wykazują pęknięć, ubytek masy nie przekracza 5% w stosunku do próbek nie zamrażanych a spadek wytrzymałości jest mniejszy od 20%. Wskaźnik (n) Stopień mrozoodporności do 25 F F F F F F. 200 ponad 200 F. 300 Beton odporność na czynniki środowiskowe Klasa środowiska Przykłady warunków środowiskowych środowisko suche 1 wnętrza budynków mieszkalnych, biur i hal przemysłowych 2 środowisko wilgotne a bez mrozu b z mrozem 3 środowisko wilgotne z mrozem i środkami odladzającymi wnętrza budynków o wysokiej wilgotności (np.pralnie) elementy zewnętrzne elementy w nieagresywnych gruntach i/lub w wodzie elementy zewnętrzne narażone na mróz elementy w nieagresywnych gruntach i/lub w wodzie, narażone na mróz elementy we wnętrzach o wysokiej wilgotności, narażone na mróz elementy wewnętrzne i zewnętrzne narażone na mróz i środki odladzające (np. nawierzchnie mostów i dróg kołowych) 10

11 4 środowisko wody morskiej a bez mrozu b z mrozem elementy całkowicie lub częściowo zanurzone w wodzie morskiej lub podlegające rozbryzgom wody morskiej elementy w powietrzu nasyconym solanką (strefa przybrzeżna) elementy częściowo zanurzone w wodzie morskiej lub podlegające rozbryzgom wody i narażone na mróz elementy w powietrzu nasyconym solanką i narażone na mróz Poniższe klasy mogą występować niezależnie lub w kombinacji z klasami podanymi powyżej 5 środowisko chemicznie agresywne (klasyfikacja według ISO 9690) a - środowisko słabo agresywne chemicznie (gazowe, ciekłe lub stałe) - agresywna atmosfera przemysłowa b środowisko umiarkowane agresywne chemicznie (gazowe, ciekłe lub stałe) c środowisko silnie agresywne chemicznie (gazowe, ciekłe lub stałe) Zalecane klasy betonów do konstrukcji budowlanych Zastosowanie betonu Klasa betonu fundamenty budowli B10-HB15 elementy zginane przy obciążeniu użytkowym < 8 kn/m2 B10 - B 15 elementy zginane przy obciążeniu użytkowym > 8 kn/m2 B15H-B20 elementy ściskane osiowo B10-HB15 elementy ściskane mimośrodowo B10 - B20 fundamenty pod maszyny B15 - B25 żelbetowe elementy prefabrykowane B15 - B40 słupy hal przemysłowych z ciężkimi suwnicami B20 - B25 łupiny i elementy cienkościenne B20 - B30 części budowli mostowych B25 - B35 nawierzchnie drogowe powyżej B45 Zalecane marki cementu w zależności od klasy betonu ement Zastosowanie do betonów portlandzki powszechnego użytku betony konstrukcyjne klas B20- B30, żelbetowe elementy 32,5 prefabrykowane hutniczy 32,5 betony konstrukcyjne klas B 20 - B 30 portlandzki powszechnego użytku wysokich marek (>32,5) nadziemne konstrukcje oraz wyroby betonowe i żelbetowe, przy wykonywaniu których są wymagane szybkie przyrosty wytrzymałości w ciągu kilku (np. 7) dni 11

12 Zalecane zastosowanie kruszyw kamiennych do betonów Nazwa kruszywa łamane, naturalne Zalecane zastosowanie do betonów zwykłych klas B 30 i wyższych ze skał magmowych i węglanowych do betonów nienarażonych na działanie środowisk agresywnych oraz na częste zmiany wilgotności piaski klasyfikowane do betonów o specjalnych wymaganiach jakościowych kruszywa wielofrakcyjne do betonów o przeciętnych wymaganiach jakościowych klas do B 20 Wykonanie ćwiczenia 1. Na podstawie dokumentacji zidentyfikować typy i określić właściwości materiałów użytych do budowy wybranych typów nabrzeży 2. Na podstawie informacji zawartych w wyżej podanych tabelach dokonać analizy struktury próbki betonu, oszacować udział frakcji kruszywa i jego skład granulometryczny. Literatura uzupełniająca Szymański E.: Materiałoznawstwo budowlane z technologią betonu. Warszawa