Piotr Jermołowicz - Inżynieria Środowiska Szczecin Betony - podstawowe cechy. 1. Nasiąkliwość i mrozoodporność. Te cechy są o tyle ważne, że bezpośrednio mogą wpływać na analogiczne właściwości betonu. Normy budowlane określają dopuszczalne nasiąkliwości (do 4 %) i mrozoodporności (90 %). Dopuszczone wielkości są dość duże, gdyż zakłada się, że w betonie nie będą one mogły się w pełni uzewnętrznić. Wynika to głównie stąd, że zaczyn otula ziarna i utrudnia wnikanie wody. Puste przestrzenie lub tylko częściowo wypełnione wodą spełniają rolę buforów przeciw skutkowi wzrostu ciśnienia przy zamarzaniu wody. W praktyce dąży się, aby nasiąkliwość nie była jednak wyższa niż 1,5 % (wyjątkowo 3%), a mrozoodporność dotyczyła co najmniej 95 % badanych, losowo wybranych ziaren. Obie te cechy określa się tylko dla ziaren większych od 4 mm. Tab. 1. Orientacyjne zakresy stosowania cementów różnych klas Klasa cementu portlandzkiego Klasa betonu 32,5 B 7,5 B 40 C 12/15 C 30/37 42,5 B 30 B 50 C 25/30 C 40/50 52,5 powyżej B 40 C 30/37 2. Wytrzymałość na ściskanie Jest podstawowym wymaganiem dotyczącym betonu, stawianym na etapie projektowania konstrukcji, elementów betonowych i samej mieszanki. Właściwość ta jest ściśle związana z mikrostrukturą stwardniałego zaczynu cementowego oraz wytrzymałością kruszywa i strefy kontaktowej kruszywo-zaczyn. Wytrzymałość betonu na ściskanie jest oznaczana jego klasą. Zgodnie z normą PN-EN 206-1 klasa betonu to symbol, np. C25/30. Liczby po literze C oznaczają wytrzymałość charakterystyczną oznaczaną na próbkach walcowych o wysokości 300 mm i średnicy 150 mm oraz sześciennych o wymiarach kostki 150x150x150 mm.
3. Optymalnym uziarnieniem kruszywa nazywa się takie uziarnienie, które zapewnia uzyskiwanie założonych właściwości betonu oraz mieszanki betonowej o wymaganej konsystencji, przy możliwie najmniejszym zużyciu cementu i wody. Można mówić o optymalnym kruszywie tylko dla konkretnych założonych właściwości jakie ma wykazać mieszanka betonowa i beton, a nie w ogóle" optymalnym. Na przykład zmiana sposobu zagęszczania może wymagać zastosowania kruszywa o innych, korzystniejszych w danym przypadku właściwościach. Okazuje się również, że stosowanie kruszyw specjalnie skomponowanych o małej jamistości, do wykonywania z nich betonów niższych wytrzymałości, wybitnie podnosi cenę betonu, a zatem jest ekonomicznie nieuzasadnione i dlatego tak się w praktyce nie postępuje. Bez względu na rodzaj kruszywa i jego właściwości fizyczne, przyjmuje się z dużym prawdopodobieństwem, że kruszywem o optymalnym uziarnieniu jest kruszywo o najmniejszej ilości jam pomiędzy ziarnami stosu, przy czym stos zawiera jednocześnie możliwie jak najgrubsze ziarna kruszywa. Przypadek ten można określić również warunkami najmniejszej jamistości i najmniejszej wodożądności stosu kruszywa. Całość zagadnienia wynika stąd, że wytrzymałość betonu na ściskanie zależy od stosunku masy użytego cementu (C) do masy wody zarobowej (W) powiększonej o ilość próżni (P), jaka znajduje się w mieszance betonowej po jej urobieniu, czyli od C/(W+P). Zależność powyższa, którą sformułował Feret, oznacza, że obojętne jest dla spadku wytrzymałości betonu, czy pory w betonie powstały w wyniku przedostania się do mieszanki betonowej pęcherzy powietrznych, czy też przez odparowanie nadmiaru wody zarobowej. Im stos kruszywa zawiera mniej jam, tym mniej trzeba będzie użyć cementu do wypełnienia tych jam. Im ten stos kruszywa składa się z grubszych ziaren, tym mniej trzeba będzie użyć wody zarobowej, gdyż wodożądność kruszywa grubszego jest mniejsza.
Rys.1. Zalecane granice krzywych uziarnienia: I - piasku, II- kruszywa grubego do 16, 32 i 63 mm Dla betonów niskich i średnich wytrzymałości wykonuje się z zasady mieszanki o konsystencjach bardziej ciekłych (półciekłych i plastycznych) wyjątkowo gęstoplastycznych. Mieszanki takie muszą charakteryzować się dobrą urabialnością, co z góry narzuca, że muszą mieć więcej kruszywa drobnego. Betony wybitnie wysokich wytrzymałości, co najmniej klasy B50 (C 40/45), wymagają kruszywa łamanego o bardzo małej ilości ziaren najdrobniejszych frakcji (do 0,125) lub są w ogóle bez nich. W większości przypadków kruszywa muszą być indywidualnie i specjalnie dla danych betonów komponowane.
Rys.2. Zalecane graniczne krzywe pełnego uziarnienia kruszywa do betonu: a) niskie wytrzymałości, b) średnie wytrzymałości, c) wysokie wytrzymałości. Instrukcje techniczne i normy dotyczące kruszyw podają na podstawie doświadczeń, granice zaleconych krzywych uziarnień. Granice krzywych (górne i dolne) oznaczają, że jeśli dowolne kruszywo charakteryzuje się uziarnieniem, którego krzywa przesiewu znajduje się pomiędzy podanymi granicami, to kruszywo to spełnia warunek zaleconego, choć nie optymalnego uziarnienia i może być zastosowane do betonu. W przeciętnych warunkach betonowania, za najlepsze uważa się uziarnienie, dla którego krzywa przesiewu znajduje się w środku pola.
Właściwości techniczne betonu to zespół wszystkich cech fizycznych, mechanicznych reologicznych i odporności na oddziaływanie środowiska. Technologia betonu zajmuje się przede wszystkim tymi właściwościami betonu, które są istotne ze względu na wykorzystanie betonu jako materiału budowlanego. Można wyróżnić następujące cztery zasadnicze grupy: I. Właściwości fizyczne: gęstość właściwa i objętościowa (pozorna), porowatość, nasiąkliwość, wodoszczelność, mrozoodporność, przewodność cieplna, skurcz. II. Właściwości mechaniczne: wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość na ścinanie, wytrzymałość na skręcanie, wytrzymałość na docisk miejscowy, wytrzymałość na ściskanie dwuosiowe, wytrzymałość na ściskanie trójosiowe, odporność na uderzenia (udarność), odporność na ścieranie, odporność na oddziaływania dynamiczne, moduł sprężystości. III. Właściwości reologiczne: odkształcalność pod wpływem trwale działających bodźców zewnętrznych, a zwłaszcza pod wpływem: obciążania siłą, zmian temperatury, zmian wilgotności. IV. Odporność na oddziaływanie środowiska: na wysoką temperaturę, na niską temperaturę, na agresję chemiczną. Pierwszą bardzo ważną sprawą w całym procesie jest sporządzenie zamówienia, czyli właściwej specyfikacji na beton. Dla większych inwestycji taka specyfikacja materiałowa jest częścią projektu i leży po stronie projektanta. Należy pamiętać, że nowa europejska norma jest całkowicie odmienna od starej polskiej normy na beton z roku 1988 (PN-88/B-06250), wręcz jak stwierdził Polski Komitet Normalizacyjny, jest normą z nią sprzeczną. Dopuszcza się jednak określenie w specyfikacji szczegółowej dodatkowych parametrów, które nie są w normie europejskiej podane, a które są
jednocześnie wymagane w danym miejscu (kraju) stosowania dla uzyskania odpowiedniej trwałości konstrukcji. Specyfikacja na beton. Specyfikacja na beton jest to zbiór wymagań zarówno dla stwardniałego betonu, jak i, co jest zwykle niedoceniane, dla mieszanki betonowej. Przy tworzeniu specyfikacji należy zwrócić szczególną uwagę na takie istotne dla trwałości betonu parametry, jak: przeznaczenie mieszanki i betonu (rodzaj szalunku, sposób i możliwości zagęszczenia), klasa oddziaływania środowiska (korozja betonu), wymiary konstrukcji (wydzielania się ciepła zwłaszcza w konstrukcjach masywnych), wielkość otuliny czy rozstaw prętów zbrojenia (maksymalny wymiar kruszywa). specjalny sposób wykończenia powierzchni (mechaniczne wygładzenie, szczotkowanie, polerowanie). Odpowiednia informacja przekazywana producentowi betonu pozwoli mu na wyprodukowanie i dowiezienie mieszanki (betonu towarowego) na miejsce zgodnie z zamówieniem. Według PN-EN 206-1:2003 betonem towarowym jest beton dostarczony jako mieszanka betonowa przez osobę lub jednostkę niebędącą wykonawcą. Norma europejska zakłada trzy rodzaje specyfikacji na beton: beton projektowany, beton recepturowy i normowy beton recepturowy (NBR). Beton projektowany - projekt mieszanki (recepturę) sporządza technolog zakładu produkcji betonu. Podstawowe wymagania tej specyfikacji: zgodność z normą PN-EN 206-1:2003, klasa wytrzymałości, klasa ekspozycji (oddziaływanie środowiska), maksymalny nominalny wymiar ziarna kruszywa, klasa konsystencji, klasa zawartość chlorków (ze względu na rodzaj betonu: niezbrojony, zbrojony, sprężony), klasa gęstości (zwykły, lekki, ciężki - założona gęstość). Dodatkowo, jeżeli jest taki wymóg: specjalny rodzaj i klasa cementu, specjalny rodzaj i klasa kruszywa, zawartość powietrza (zapewnienie mrozoodporności betonu), rozwój wytrzymałości, wodoszczelność. wydzielanie hydratacyjne ciepła, wytrzymałość na rozciąganie. Bardzo ważnym elementem całego procesu wykonywania robót betonowych jest należyta współpraca i wymiana informacji między Producentem a Wykonawcą. Wzajemne wcześniejsze uzgodnienia powinny dotyczyć takich podstawowych danych, jak:
data, godzina, wielkość i częstotliwość dostawy, ograniczenia w placu budowy (wielkość, wysokość lub masa brutto pojazdu dostawczego), możliwość rozłożenia się i pracy pomp do betonu, zastosowanie specjalnych metod układania betonu (np. mechaniczne rozkładarki). Podstawowym dokumentem, jaki wraz z mieszanką betonową trafia na budowę, jest dowód dostawy. Jest to dokument obowiązkowy (wypisywany ręcznie lub komputerowo), na którym producent betonu powinien nanieść następujące informacje: nazwa wytwórni, numer dowodu dostawy, numer rejestracyjny betonowozu, data, godzina załadunku (czas pierwszego kontaktu cementu z wodą), nabywca, nazwa miejsca budowy, lokalizacja, ilość w metrach sześciennych, deklaracja zgodności z powołaniem na normę lub specyfikację, godzina dostawy na miejsce, godzina rozpoczęcia rozładunku, godzina zakończenia rozładunku. Dodatkowo podaje się: a) dla betonu projektowanego: klasę wytrzymałości, konsystencję, klasy ekspozycji, współczynnik w/c, klasę zawartości chlorków, maksymalny, nominalny górny wymiar ziarna kruszywa, klasę gęstości dla betonu lekkiego lub ciężkiego; b) dla betonu recepturowego: szczegóły dotyczące składu, współczynnik w/c, maksymalny, nominalny wymiar ziarna kruszywa; c) dla normowego betonu recepturowego: informacje, które są wymagane w odpowiedniej normie (PN-B-06265:2004). Bardzo ważnymi informacjami są czas załadunku i czas rozładunku, które dają łączny czas dostawy. Musimy pamiętać, że : Beton zaczyna wiązać po ok. 1,5 godziny od dodania wody do suchej mieszanki przy temperaturze 20 C. Gdy są duże upały i silne wiatry, proces ten przebiega dwa-trzy razy szybciej.