Mrozoodporność betonu i. obniżonych temperatur. Autorzy: Mateusz Stępczak Kamil Laskowski

Transkrypt

1 Mrozoodporność betonu i betonowanie w okresie obniżonych temperatur Autorzy: Mateusz Stępczak Kamil Laskowski

2 Okres obniżonych temperatur Z doświadczenia wynika, że szkodliwy wpływ zamrożenia młodego betonu, który nie osiągnął jeszcze właściwej wytrzymałości, przy której beton staje się odporny na uszkodzenie w wyniku niskich temperatur, jest bagatelizowany nie tylko przez początkujących inżynierów, ale również przez doświadczoną kadrę która dobrze wie, że niewłaściwa pielęgnacja betonu w okresie zimowym może prowadzić nawet do katastrofy budowlanej.

3 Okres obniżonych temperatur

4 Okres obniżonych temperatur Okres obniżonych temperatur można podzielić na czas, gdy: Średnia temp dobowa waha się w granicach 1-10 o C (przy czym nie występują okresy temperatur poniżej 0 o C). Średnia temp dobowa wynosi mniej niż 5 o C i występują okresy temperatur poniżej 0 o C. Średnia temp dobowa spada poniżej 0 o C i nie występują okresy temperatur powyżej 0 o C.

5 Okres obniżonych temperatur Temperatury od 1-10 o C Nie mają szkodliwego wpływu grożącego uszkodzeniem betonu w konstrukcji i obniżeniem jego jakości, jednakże powodują, że procesy wiązania cementu w betonie i twardnienia betonu przebiegają wolniej. Beton w takich warunkach temperaturowych nie osiąga właściwej wytrzymałości na ściskanie w przewidzianym normą okresie 28dni. Z tego względu będzie również opóźniony proces rozdeskowania konstrukcji.

6 Okres obniżonych temperatur Temperatury mniejsze od 0 o C Mają szkodliwy wpływ na młody beton. Niszczenie mikrostruktury twardniejącego betonu występuje przy temp. Określanej jako temp. Krytyczna dla której w betonie zamarza ok. 50% wody. Waha się ona od -1 o C do -5 o C

7 Okres obniżonych temperatur Szkodliwość zamarzającej wody przejawia się na kilku płaszczyznach: tworzy kryształy, które po stopieniu się pozostawiają pustki obniżające wytrzymałość betonu, zwiększa objętość o około 10%, co może doprowadzić do spękań i rys w wyniku powstawania naprężeń przekraczających wytrzymałość młodego betonu, nie może brać udziału w procesie hydratacji cementu.

8 Ochrona dojrzewającego betonu w okresie obniżonych temperatur Metody postepowania 1.Modyfikacja składu mieszanki. 2.Zastosowanie metody zachowania ciepła betonu w konstrukcji. 3. Podgrzewanie betonu. 4.Pielęgnacja przez tzw. metodę cieplaków.

9 1.Modyfikacja składu mieszanki zamówienie betonu o niższym w/c, podwyższenie klasy betonu w stosunku do projektu, stosowanie cementów o wysokim cieple hydratacji, zamówienie tzw. ciepłego betonu, zamówienie betonu z domieszką przyspieszającą przyrost wytrzymałości.

10 2.Zastosowanie metody zachowania ciepła betonu w konstrukcji Osłonięcie konstrukcji materiałami ciepłochronnymi, które zabezpieczają beton przed utratą ciepła.

11 Metoda zachowania ciepła betonu w konstrukcji

12 3. Podgrzewanie betonu podgrzewanie ciepłym powietrzem lub parą wodną pod specjalnie przygotowanymi osłonami, podgrzewanie matami grzejnymi, zastosowanie elektronagrzewu.

13 3. Narodowe Forum Muzyki. Dzięki zastosowaniu elektronagrzewu możliwe było prowadzenie robót betonowych nawet przy temperaturze powietrza -15 o C

14 3. NFM

15 3.NFM

16 4.Pielęgnacja przez tzw. metodę cieplaków Wykonanie konstrukcji w tunelach stałych lub przesuwnych, w których zapewnione są odpowiednie warunki temperaturowe i wilgotnościowe.

17 Ocena wytrzymałości. Beton może być poddany wpływowi temperatur ujemnych pod warunkiem uzyskania takiej wytrzymałości, przy której zamrożenie i rozmrożenie nie wpłynie na jego końcową jakość. Rozróżnia się dwa rodzaje odporności betonu na zamrożenie: warunkową, pełna.

18 Odporność warunkowa. Beton osiąga minimalną wytrzymałość, przy której może ulec zamrożeniu bez szkodliwego wpływu na jego parametry i nie jest narażony na dostęp wody z otoczenia.

19 Odporność pełna Beton osiąga możliwość jednokrotnego zamrożenia i odmrożenia przy narażeniu wykonanego elementu na działanie czynników atmosferycznych.

20 Ocena wytrzymałości Sposoby oceny wytrzymałości: na podstawie próbek przechowywanych w pobliżu konstrukcji, Tabel określających najkrótszy czas w jakim beton może być narażony na zamrożenie, zastosowanie urządzeń, które w wyniku pomiaru temp. Betonu automatycznie oszacowują dojrzałość betonu w konstrukcji.

21 Rozwój wytrzymałości betonu C30/37 dla różnych temp. na podstawie dojrzałości betonu

22 Dobry plan zapewnienia jakości Kłopoty z wykonaniem konstrukcji betonowych w warunkach obniżonych temperatur pojawiają się już na etapie wyceny wykonania konstrukcji, w którym bardzo często koszty związane z pielęgnacją betonu są niedoszacowane. Również w trakcie przygotowania budowy często pomija się w projekcie organizacji robót część dotyczącą pielęgnacji.

23 Dobry plan zapewnienia jakości. Należy również pamiętać: o konieczności odpowiedniego przygotowania deskowania i zbrojenia, O sposobie układania mieszanki, który nie dopuszczałby do nadmiernego jej wychłodzenia w tym czasie, Opisie metody określania wytrzymałości betonu w konstrukcji.

24 Budynek garażowo-magazynowy, który uległ katastrofie w wyniku przemrożenia betonu.

25

26

27 Mrozoodporność betonu Zamarzająca woda w porach betonu zwiększa objętość o około 10%. Powoduje to naprężenia wewnątrz betonu, które mogą być przyczyną spękań. Ilość uszkodzeń zwiększa się w przypadku cyklicznego zamrażania i rozmrażania betonu. Destrukcja betonu zależy od stopnia nasycenia wodą.

28 Napowietrzanie zaczynu cementowego system równomiernie rozproszonych drobnych, kulistych pęcherzyków powietrza na ogół o wymiarach µm; powstawanie odpowiedniej ilości buforów powietrznych, które są w stanie przejąć nadmiar wody wypychanej ze strefy formowania się lodu podczas zamrażania betonu; mieszanki napowietrzone są bardziej spoiste, sedymentacja ulega zmniejszeniu, woda nie oddziela się od mieszanki betonowej;

29 Napowietrzanie zaczynu cementowego ograniczenie segregacji składników podczas transportu i układania; poprawa urabialności, konsystencji i lepkości mieszanki; wzrost porowatości całkowitej betonu, czemu towarzyszy strata wytrzymałości na ściskanie- przyjmuje się że 1% powietrza powoduje zmniejszenie wytrzymałości o około 5,5%.

30 Mrozoodporność a wskaźnik W/C wraz z obniżeniem wskaźnika w/c maleje ilość porów kapilarnych oraz ich przekroje ale w wyniku tego wzrastają opory hydrauliczne niewielka ilość wody, która nie ma miejsca na przekształcenie się w lód, może wygenerować ciśnienie wielokrotnie przekraczające wytrzymałość betonu;

31 Mrozoodporność a wskaźnik W/C stosowanie domieszek uplastyczniających pozwala na wykonanie mieszanki ze zmniejszoną ilością wody przy nie zmienionym stosunku W/C co jest bardzo korzystne z punktu widzenia mrozoodporności; niska wartość współczynnika W/C daje większą szczelność struktury betonu co powoduje wolniejsze wchłanianie wody;

32 Mrozoodporność a wskaźnik W/C utrzymanie stosunku W/C w zakresie 0,34-0,45 pozwala na wykonanie betonów o korzystnych właściwościach wytrzymałościowych i fizycznych. W kontekście mrozoodporności dotyczy to przede wszystkim porowatości, rozkładu wielkości porów, przepuszczalności, nasiąkliwości i podciągania kapilarnego.

33 Wpływ cementu na mrozoodporność betonu cementy z dużą (tzn. >0,8%) zawartością alkaliów (K2O,N2O, rozpuszczalne siarczany) powodują utrudnienie w napowietrzaniu mieszanki; istotna jest także miałkość cementu stopień zmielenia cementu nie może być zbyt duży, ponieważ drobniej zmielone cementy powodują utrudnienie w napowietrzaniu;

34 Wpływ cementu na mrozoodporność betonu mrozoodporne są cementy wysokoalitowe oraz cementy odporne na działanie siarczanów; mniejszą mrozoodpornością cechują się cementy pucolanowe, najmniejszą cementy hutnicze; generalnie skład cementu wpływa na efektywność działania środków napowietrzających;

35 Wpływ kruszywa na mrozoodporność betonu duże znaczenie ma tekstura kruszywa, obecność porów o określonych wymiarach, zdolność ziaren do pochłaniania wody zamarzającej w temperaturach eksploatacyjnych; decydującym parametrem jest porowatość kapilarna kruszywa;

36 Wpływ kruszywa na mrozoodporność betonu o trwałości struktury materiału kruszywa w dużym stopniu decydują wymiary porów oraz rozmieszczenie pustek powietrza wewnątrz ziaren kruszywa oraz pory znajdujące się w warstwie kontaktowej między kruszywem a zaczynem cementowym;

37 Mrozoodporność betonów zawierających popiół lotny i granulowany żużel wielkopiecowy Wpływ pylastych dodatków mineralnych na szczelność i charakterystyki geometryczne porów jest różny: bezpośredni wpływ na zjawiska fizyczne w mieszance: wodożądność, spójność, urabialność, tarcie, zdolność do sedymentacji, wpływ na aktywność domieszek chemicznych;

38 Mrozoodporność betonów zawierających popiół lotny i granulowany żużel wielkopiecowy zdolność do wytwarzania z innymi chemicznie aktywnymi składnikami struktur mineralnych o podwyższonej trwałości i wytrzymałości; czysto fizyczne uszczelnianie stwardniałego zaczynu cementowego.

39 Mrozoodporność betonów zawierających popiół lotny i granulowany żużel wielkopiecowy Z punktu widzenia mrozoodporności istotny wpływ ma: redukcja objętości porów kapilarnych; niska przepuszczalność betonu, ale

40 Mrozoodporność betonów zawierających popiół lotny i granulowany żużel wielkopiecowy dogęszczenie struktury betonu w wyniku zastosowania dodatków mineralnych bez całkowitego wyeliminowania obecności porów kapilarnych powoduje, że nawet niewielka ilość wody znajdującej się wewnątrz betonu może powodować poważne uszkodzenia.

41 Mrozoodporność betonów zawierających popiół lotny i granulowany żużel wielkopiecowy Z praktycznego punktu widzenia: popiół lotny wprowadzony do mieszanki betonowej w ilościach do 20% całkowitej masy cementu nie wywiera szkodliwego wpływu na zamrażanie i odmrażanie betonu napowietrzonego; popioły lotne i granulowany żużel wielkopiecowy ze względu na zmienne właściwości powodują kłopoty z napowietrzaniem wymaga to starannego doboru środka napowietrzającego;

42 Badanie mrozoodporności betonu Badanie mrozoodporności betonu przeprowadza się przy zastosowaniu metod polegających na cyklicznym zamrażaniu i rozmrażaniu próbek betonu w wodzie. Sprawdza się w ten sposób czy po przeprowadzaniu wymaganej liczby cykli zmrażania i rozmrażania ubytek masy i spadek wytrzymałości nie przekroczy dopuszczalnych wartości.

43 Bibliografia Z.Jamroży, Beton i jego technologie, PWN2000 A.M. Neville Właściwości betonu Wpływ niskich temperatur. mgr inż. Krzysztof Kuniczuk, Builder nr2 luty 2011 str.84-86