BETONOWE KONSTRUKCJE MASYWNE Uwagi na temat projektowania i realizacji

BETONOWE KONSTRUKCJE MASYWNE Uwagi na temat projektowania i realizacji dr inż. Władysław Ryżyński Biuro Usług Inżynierskich B.A. i Wł. Ryżyńscy S. C. Białystok 5

BETONOWA KONSTRUKCJA MASYWNA Na początek przybliżmy sobie pojęcie betonowej konstrukcji masywnej. Z definicji jest to konstrukcja betonowa, której duże wymiary i kształt mają wpływ na technologię betonowania i stan wytężenia. Duża masa konstrukcji powoduje wydzielanie znacznych ilości ciepła hydratacji cementu i prowadzi do powstawania znacznych naprężeń skurczowych i termicznych. Z kolei Wikipedia opisuje betonową konstrukcję masywną w ten sposób: Mass concrete is defined by American Concrete Institute Committee 207 as any volume of concrete with dimensions large enough to require that measures be taken to cope with the generation of heat from hydration of cement and attendant volume change to minimize cracking. Masywność konstrukcji określa się dwoma głównymi parametrami: Współczynnikiem masywności konstrukcji m k = S / V V objętość elementu, S powierzchnia elementu. oraz grubością zastępczą e m = 2F / U z F pole przekroju poprzecznego elementu, U z długość obwodu (przekroju poprzecznego), przez który następuje kontakt z powietrzem. Przedziały masywności dla poszczególnych grup elementów NIEMASYWNE M 15 m -1 e m 0,15 m ŚREDNIOMASYWNE 2 M < 15 m -1 0,15 < e m 1,0 m MASYWNE M < 2 m -1 e m 1,0 m W przypadku zastosowań konstrukcji monolitycznych i masywnych możemy wyodrębnić pięć podstawowych kategorii: 1. płyty fundamentowe 2. fundamenty blokowe masywne 3. zapory, tamy i jazy 4. przyczółki i fundamenty mostów 5. zbiorniki w oczyszczalniach ścieków. Konstrukcje masywne z betonu mają swoją określoną specyfikę. Powiększenie przekroju konstrukcji prowadzi do wzrostu, a nie spadku naprężeń. Zastosowanie mocniejszego cementu lub zwiększenie dozowania nie poprawia, lecz pogarsza stan naprężenia. Duży wpływ ma sposób połączenia poszczególnych elementów konstrukcji z blokiem masywnym. Ograniczenie odkształceń znacznie pogarsza stan zarysowań, zwiększając je. Wreszcie warto zauważyć, że brak jest w tej dziedzinie jasno określonych unormowań, instrukcji lub wytycznych. Dotyczy to również kontroli jakości wykonania. Betony przeznaczone do wznoszenia konstrukcji masywnych powinny zapewniać zminimalizowane ryzyko powstania rys termicznych, niską ilość wydzielanego ciepła, wysoką jakość i trwałość konstrukcji, a także zgodność z obowiązującymi Polskimi Normami i Warunkami Technicznymi. 6

UWARUNKOWANIA TECHNOLOGICZNO-MATERIAŁOWE PROJEKTOWANIA I REALIZACJI BETONOWYCH KONSTRUKCJI MASYWNYCH Czynniki kształtujące obciążenia pośrednie twardniejącego betonu BETON Klasa betonu Klasa cementu Skład mieszanki ω, c, k, dodatki i domieszki WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW rodzaj i ciepło twardnienia cementu, właściwości termofizyczne kruszywa KONSTRUKCJA Wymiary Przerwy dylatacyjne Opory WARUNKI PROWADZENIA ROBÓT Temperatura otoczenia Temperatura początkowa mieszanki betonowej Podział na bloki i kolejność realizacji Pielęgnacja Rozróżniamy trzy fazy rozwoju betonu: I FAZA świeży beton (do 6 8 godzin), II FAZA młody beton (od 6 8 do 24 48 godzin) III FAZA beton stwardniały (po 24 48 godzinach). Faza rozwoju struktury betonu Świeży beton Młody beton Beton stwardniały osiadanie mieszanki betonowej, skurcz plastyczny Przyczyny tworzenia się uszkodzeń naprężenia własne wywołane niejednorodnym polem temperatury i wilgotności w konstrukcjach masywnych, naprężenia wymuszone, wywołane quasi-jednorodnym cyklem zmian temperatury konstrukcji średniomasywnych naprężenia wymuszone, wywołane quasi-jednorodnym cyklem zmian temperatury konstrukcji masywnych, naprężenia własne i wymuszone wywołane skurczem, korozja zbrojenia, procesy chemiczne reakcja alkaliczna Czas 1 2 h 2 4 h 12 36 h 12 36 h 1 m 3 m 1 m 12 m >12 m 2 5 1 7

MECHANIZM WPŁYWÓW TERMICZNYCH Rozkład i zmienność pola temperatury twardniejącego betonu zależy od ilości i rodzaju stosowanego cementu, przewodności i pojemności cieplnej betonu, intensywności wymiany ciepła z otoczeniem, temperatury początkowej mieszanki betonowej i temperatury otoczenia, wymiarów i proporcji geometrycznych realizowanego fragmentu konstrukcji, wpływów sąsiednich bloków betonowych. Temperatura r betonu konstrukcji masywnej Istnieją dwa typy uszkodzenia konstrukcji w wyniku ciepła hydratacji: rozciąganie bezpośrednie, które występuje w okresie nagrzewania konstrukcji (tzw. uderzenia termicznego) i związane jest z rozciąganiem powierzchniowych warstw bloku przez rozszerzające się w wyniku nagrzewania wnętrz, a także rozciąganie pośrednie pojawia się ono w okresie stygnięcia bloku i związane jest z powstrzymywaniem odkształceń stygnącego wnętrza przez powierzchniowe warstwy bloku lub zewnętrzne warunki podparcia, występuje wówczas powstrzymywanie odkształceń. Pierwszy z mechanizmów możliwy jest tylko przy dużych grubościach bloku, drugi może wystąpić niezależnie eż n e od grubości. Temperatury er i naprężenia termiczne w elemencie betonowym ow pozbawionym onym swobody odkształcenia. 8

Obszar krytyczny z uwagi na możliwość zarysowania betonu wytrzymałość lub odkształcenia naprężenia lub wytrzymałość ZMIANY WYTRZYMAŁOŚCI I NAPRĘŻEŃ W TWARDNIEJĄCYM BETONIE czas twardnienia czas twardnienia WARUNKI TWARDNIENIA BETONU FIZYCZNE WARUNKI TWARDNIENIA BETONU Rodzaj konstrukcji Procesy dyfuzyjne Następstwa Niemasywne Średnio masywne Masywne Dyfuzja wilgoci Dyfuzja wilgoci i temp. Dyfuzja temperatury Naprężenia skurczowe Nap. term. skurczowe Nap. termiczne Identyfi fikkacja warunków twardnienia betonu transformacja procesu starzenia Pola wilgotności Pola temperatury Opis rozwoju właściwości mechanicznych i reologicznych betonu we wnętrzu konstrukcji Identyfi fikkacja warunków brzegowych Wytężenie betonu 9

W przypadku budowy konstrukcji masywnej może pojawić się kilka problemów. Receptura betonu powinna zostać dobrana tak, aby do wnętrza konstrukcji wprowadzać jak najmniej ciepła hydratacji (utajonego w cemencie). Wprowadzone do konstrukcji ciepło hydratacji powinno wydzielać się jak najwolniej daje to czas na odprowadzenie ciepła na zewnątrz konstrukcji. Najlepsze rezultaty uzyskuje siępoprzez zastosowanie cementów o nickim cieple hydratacji LH lub o bardzo niskim cieple hydratacji VLH. Wydzielające się wewnątrz konstrukcji ciepło hydratacji powinno mieć jak najmniejszą drogę do przebycia odprowadzanie ciepła wywoła wówczas mały przyrost temperatury. Temperaturę dojrzewającego betonu określamy, stosując pomiary bezpośrednie, metody analityczne, bądź też metody numeryczne model dojrzewającego betonu symulujący rozwój struktury w rzeczywistej konstrukcji umożliwiający wyznaczenie temperatury w zmieniających się warunkach związanych z dojrzewaniem młodego betonu. OKREŚLENIE DOJRZAŁOŚCI MŁODEGO BETONU Stopień hydratacji cementu stosunek masy cementu zhydratyzowanego do całkowitej masy cementu w mieszance betonowej: α(t) = w ht / w h w ht, w h ilość wody związanej chemicznie przez jednostkę masy cementu w czasie t oraz całkowita ilość wody związanej chemicznie podczas procesu hydratacji, α(t)=q(t)/q c Q(t), Q c ciepło hydratacji wydzielone po czasie t dojrzewania oraz całkowite ciepło hydratacji odniesione do masy cementu. Stopień hydratacji w funkcji czasu dojrzewania t a skorygowany czas dojrzewania w temperaturze porównawczej 20 C c/w stosunek ilości cementu do wody T i temperatura dojrzewania betonu t i czas dojrzewania w temperaturze T i SKURCZ TWARDNIEJĄCEGO BETONU Skurcz twardniejącego betonu wywoływany jest trzema niezależnymi procesami: parowaniem wody z kapilar tężejącej mieszanki betonowej, zmniejszeniem objętości układu woda-cement w wyniku postępujących reakcji chemicznych tworzenia hydratów, zespołem zjawisk fizycznych przebiegających na granicy faz związanych ze zmianą napięcia powierzchniowego żelu cementowego przy zmieniającej się grubości warstwy adsorpcyjnej wody. 10

SKURCZ AUTOGENICZNY Rozróżnia się odkształcenia skurczowe wywoływane wysychaniem betonu w wyniku parowania wody oraz odkształcenia generowane skurczem autogenicznym (chemiczny, samoczynny) zachodzącym w warunkach braku wymiany wilgoci twardniejącego betonu z otoczeniem atmosferycznym. Skurcz autogeniczny wywoływany jest zmianami objętości układu woda-cement w wyniku postępujących reakcji chemicznych, a także następstwami zjawisk fizycznych. W odniesieniu do konstrukcji masywnych istotne znaczenie ma skurcz autogeniczny. Zasadniczym czynnikiem determinującym wartości skurczu autogenicznego twardniejącego betonu jest stosunek wodno-cementowy zaczynu. temperatura skurcz Termiczno-skurczowe naprężenia wymuszone konstrukcji masywnych razem Skurcz autogeniczny betonu w zależności od wskaźnika w/c 11

WPŁYW ZAWARTOŚCI WODY I CEMENTU NA SKURCZ BETONÓW I ZAPRAW O RÓŻNEJ WARTOŚCI W/C ODKSZTAŁCENIA WYMUSZONE A. Seruga, R. Szydłowski, M. Zych Ocena postępującego procesu zarysowania ścian cylindrycznych w monolitycznych zbiornikach żelbetowych. Czasopismo Techn, Z-1B/2008 12

BETON WG. PN-EN 206 1 SKŁAD BETONU BETON KRUSZYWA CEMENT DOMIESZKI WODA DODATKI ZBROJENIE ROZPROSZONE KRZYWA UZIARNIENIA KRUSZYWA DO BETONU KONTROLA MATERIAŁÓW Kruszywa Kontrola winna odbywać się w oparciu o wymagania polskich norm oraz specyfikacji w tym zakresie: 1. PN EN 12620: Kruszywa do betonu + normy towarzyszące 2. PN EN 206-1: Beton cz. 1 wymagania właściwości, produkcja, zgodności + normy towarzyszące 3. specyfikacja techniczna M13 4. zarządzenie nr 735 Oprócz prowadzonej kontroli jakości dostarczonych kruszyw (badania laboratoryjne) należy zwrócić uwagę na: czystość odbieranych kruszyw czystość w czasie transportu czystość w czasie składowania W cemencie głównym składnikiem wydzielającym ciepło hydratacji jest klinkier, dlatego optymalne jest stosowanie cementów z mniejszą zawartością klinkieru. Są to cementy typu CEM III (hutnicze) lub CEM IV i CEM V Lafarge posiada w swojej ofercie CEM III/A i CEM IV (B). Cementem wydzielającym najwięcej ciepła hydratacji jest cement CEM I (portlandzki). 13

Na ilość i tempo wydzielania ciepła w betonie ma wpływ: rodzaj cementu zawartość cementu w betonie rodzaj kruszywa, kruszywo powinno mieć jak największe ciepło właściwe i współczynnik przewodności cieplnej temperatura mieszanki współczynnik w/c (wpływ nieznaczny). CEMENT WG PN-EN 197-1 WPŁYW RODZAJU CEMENTU NA CIEPŁO HYDRATACJI Zasadniczy wpływ na szybkość i ilość wydzielanego ciepła przez twardniejący cement ma skład mineralogiczny spoiwa, rozdrobnienie, wartość stosunku wodno-cementowego, zawartość dodatków hydraulicznych i pucolanowych, temperatura twardnienia zaczynu. 14 Ciepło twardnienia cementów portlandzkich

CEMENT WG PN-EN 197-1 Badania Politechniki Łódzkiej na zlecenie Lafarge Ciepło twardnienia cementu CEM IV pucolanowego PORÓWNANIE ROZWOJU TEMPERATURY W ELEMENTACH BETONOWYCH W ZALEŻNOŚCI OD UŻYTEGO CEMENTU 15

Wpływ dodatku żużla na ciepło twardnienia cementu Wpływ pyłów krzemionkowych i superplastyfikatora na ciepło twardnienia cementu Oznaczenia stosowane dla cementu (np. CEM III A/ 42,5 N-LH/HSR/NA) Oznaczenie typu cementu: CEM I cement potlandzki (C3A < 3%) CEM II portlandzki, wieloskładnikowy (C3A < 10%) CEM III hutniczy (żużel > 55%) CEM IV pucolanowy (C3A < 10%) CEM V wieloskładnikowy (C3A < 10%) Oznaczenie klasy cementu: 32,5 / 42,5 / 52,5 oznacza minimalną wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach. Podstawowym warunkiem jest niedopuszczenie do stosowania gorącego cementu. Betoniarnie często stosują cement świeży, dopiero co dostarczony z cementowni. Cement taki często ma temperaturę dochodzącą do 80 st. Celsjusza, co powoduje gwałtowną hydratację i bardzo szybkie wydzielanie ciepła ze wszystkimi negatywnymi skutkami. Niezbędna jest kontrola temperatury wszystkich składników na węźle oraz kontrola temperatury mieszanki betonowej na węźle i na budowie. 16

WYMAGANE CECHY CEMENTU 1. Niskie ciepło hydratacji 220 J/g dla cementów o bardzo niskim cieple hydratacji - VLH 270 J/g dla cementów o niskim cieple hydratacji LH Wydzielanego ciepła w okresie pierwszych 7 dni lub 41 h dojrzewania świeżego betonu), 2. Powierzchnia właściwa wg Blaine a < 3000 cm 2 /g, 3. Początek wiązania > 60 min., 4. Koniec wiązania > 5 godz. (lecz nie później niż po 12 godz.). DOMIESZKI DO BETONU plastyfikatory domieszki kompleksowe Trwałość oddziaływania domieszek na różnych bazach chemicznych Utrata konsystencji w zależności od temperatury 17

DODATKI DO BETONU popiół lotny dozowanie zgodne z PN-EN 206-1 żużel wielkopiecowy mikrokrzemionka: - w proszku: 3 10% - w roztworze: 10 20%. DODATKI DO BETONU ZBROJENIE ROZPROSZONE SKŁADNIKI BETONU Do wznoszenia obiektów monolitycznych i masywnych stosowane są nastepujące składniki betonów: cementy o niskim cieple hydratacji CEM III (cementy hutnicze), CEM IV (cementy pucolanowe) lub inne cementy z grypy CEM II w zależności od specyfikacji i zgodnie z klasą ekspozycji obiektu popiół lotny piasek kruszywa naturalne: żwiry, jeśli to możliwe o uziarnieniu do 32 mm domieszki uplastyczniające domieszki opóźniające wiązanie woda 18

DODATKI DO BETONU Wymagania: klasa betonu: B25 B45 (C20/25 C35/45) stopień wodoszczelności: W6 W12 odporność na agresję gruntowo-wodną stopień mrozoodporności: F100 F200 ograniczenie skurczu betonu do 0,2 mm/m ograniczenie maks. temperatury betonu do 60 C ograniczenie gradientu temperatury do 20 C brak rys i spękań elementu zastosowanie cementów: CEM III/A; CEM IV; CEM II A-S; CEM II BM (S-V) ograniczenie ilości cementu do 350 300 kg/m3 opóźnienie początku wiązania do 20 godzin zastosowanie popiołu lotnego <15% wagi cementu ograniczenie wskaźnika w/c < 0,5 uzyskanie trwałej konsystencji opad stożka 12 8 cm zastosowanie kruszywa do 32,5 mm lub 64 mm zastosowanie domieszek do betonu WYMAGANIA DLA ŚWIEŻEGO BETONU konsystencja betonu opadu stożka 8 16 cm lub 45 55 cm wg PN EN 206-1 zawartość powietrza 2%, dla betonów napowietrzanych 4 6% wartość wskaźnika w/c <0,5 ilość cementu w 1 m 3 betonu <350 kg ilość materiału wiążącego przy podawaniu pompą >370 kg/m 3 ilość zaprawy w 1 m 3 betonu 500 550 dm 3 GWARANCJA DOBREJ URABIALNOŚCI cement + dodatki + frakcje pyłowo-piaskowe (0 0,5) 0,6< ----------------------------------------------------------------------------- <1,05 frakcja piaskowa (0 2 mm) 19

WYMAGANIA DLA BETONU OKREŚLANE W DOKUMENTACJI TECHNICZNEJ klasa betonu stopień mrozoodporności nasiąkliwość odporność na ścieranie i kawitację odporność na agresję środowiska BETON OZNACZENIA wg PN-EN 206-1 XF4 C30/37 F4 Cl 0,10 XF4 C30/37 F4 Cl 0,10 D31,5 KLASA EKSPOZYCJI (SILNA AGRESJA MROZOWA) MAKS. W/C = 0,45; MIN. ILOŚĆ CEMENTU 340 KG KLASA BETONU (Wytrzymałość 28 d próbka cylindryczna 30 MPa, kubiczna 15x15x15 37 MPa) KLASA KONSYSTENCJI (ŚREDNICA ROZPŁYWU 450 590 MM) KLASA ZAWARTOŚĆ CHLORKÓW (do 10% do masy cementu) D31,5 średnica kruszywa D KONTROLA BETONU Kontrola jakości produkowanej mieszanki betonowej (badania laboratoryjne) winna odbywać się w oparciu o wymagania zawarte w normie PN EN 206-1: Beton cz. 1 wymagania właściwości, produkcja, zgodności + normy towarzyszące oraz Specyfikacji Technicznej. Poza kontrolą niezależnego laboratorium należy zwrócić uwagę na to, aby produkcja mieszanki betonowej w czasie betonowania większych elementów odbywała się z dwóch lub więcej wytwórni betonu, które zostały dopuszczone przez nadzór budowy, transport mieszanki betonowej odbywał się pod ścisłą kontrolą nadzoru. Każdy pojazd winien posiadać kartę przewozową, w której odnotowane są dane: klasa betonu, konsystencja mieszanki betonowej, dzień i godzina załadowania, ilość i temperatura przewożonej mieszanki. Na miejscu zabudowania należy sprawdzić parametry dostarczonej mieszanki betonowej i odnotować wyniki w karcie przewozowej. 20

BETON HYDROTECHNICZNY SPOSOBY OGRANICZENIA WYDZIELANIA CIEPŁA W BETONIE WYWO- ŁANEGO HYDRATACJĄ CEMENTU ORAZ REGULACJA JEGO INTEN- SYWNOŚCI stosowanie cementów o niskim cieple hydratacji ograniczenie ilości cementu w betonie stosowanie domieszek chemicznych stosowanie dodatków do betonu stosowanie kruszyw o uziarnieniu 32 do 96 mm CEMENTY Zgodnie z wymogami normy PN EN 206 1 przy produkcji betonów hydrotechnicznych należy uwzględnić klasę ekspozycji betonu na działanie środowiska agresywnego: XF agresywne działanie zamrażania/rozmrażania XA agresja chemiczna XC korozja wywołana karbonatyzacją XD korozja spowodowana chlorkami niepochodzącymi z wody morskiej W świetle tej normy do produkcji mieszanki betonowej należy stosować cementy specjalne zgodnie z normą PN-B-19707. Cementy specjalne. KRUSZYWA PIASEK 0 2 mm zawartość frakcji poniżej 0,063 mm <1% zawartość frakcji poniżej 0,250 mm 10 15% zawartość frakcji poniżej 0,5 mm 40 50% wskazane jest stosowanie dwóch rodzajów piasku: 0 0,5 mm i 0,5 2 mm KRUSZYWA GRUBE 2 8, 8 16, 16 32 zawartość pyłów mineralnych poniżej 0,063 mm <0,35 (norma PN EN 12620 dopuszcza 1,5% f 1,5) kruszywo winno posiadać markę nie niższą niż klasa betonu zawartość frakcji poniżej 0,250 mm 3 5% zawartość frakcji poniżej 0,5 mm 10 18% zawartość frakcji poniżej 2 mm 30 35% (beton pompowalny 35 38%) odporne na działanie mrozu (kategoria min F2) nasiąkliwość <2% 21

DUŻE PŁYTY FUNDAMENTOWE I BLOKI FUNDAMENTOWE PROBLEMY WYKONANIA MASYWNYCH KONSTRUKCJI ŻELBETOWYCH PRODUKCJA MIESZANKI BETONOWEJ TRANSPORT BETONU UKŁADANIE I ZAGĘSZCZANIE BETONU CIEPŁO HYDRATACJI WZROST TEMPERATURY WZROST TEMPERATURY RÓWNOMIERNY W CAŁYM ELEMENCIE POWIERZCHNIA BETONU ODDAJE CIEPŁO I NASTĘPUJE ZRÓŻNICOWANIE TEMPERATURY POMIĘDZY CHŁODNĄ WARSTWĄ ZEWNĘTRZNĄ A GORĄCYM WNĘTRZEM NAPRĘŻENIA ROZCIĄGAJĄCE NA POWIERZCHNI ELEMENTU 22

UKŁADANIE I ZAGĘSZCZANIE MIESZANKI BETONOWEJ Beton w konstrukcji należy układać zgodnie z ustaloną technologią robót, przy pomocy odpowiedniego sprzętu (pomp, dźwigów). Podawanego betonu nie należy zrzucać z wysokości wyższej niż 0,5 m, ponieważ może to doprowadzić do segregacji betonu. Masę betonową należy układać warstwami o grubości 50 cm i zagęszczać wibratorami wgłębnymi. Czas wibracji należy ustalić każdorazowo na budowie w zależności od konsystencji masy betonowej i siły wymuszającej wibratora. Czas ten nie powinien być krótszy niż 25 sek. dla konsystencji półciekłej (opad stożka 8 10 cm). Buławę należy zagłębiać w masie betonowej możliwie szybko, a po zawibrowaniu buławę wyciągać możliwie wolno. W czasie wibrowania nie dopuszczać do ściągania, rozprowadzania masy betonowej w szalunku przy użyciu wibratora, nie zbliżać się z buławą do czoła układanej warstwy na odległość mniejszą niż 1,5 m. Buławę wibratora zagłębiać mijankowo, aby nie powstały tzw. pola martwe niezawibrowane. Beton powinien być opóźniony na tyle, aby można było układać kolejną warstwę świeżej masy betonowej na warstwę betonu niezwiązanego. Na płytach mostowych i blokach wskazane jest dodatkowe zawibrowanie wierzchniej warstwy betonu przy użyciu listwy wibracyjnej. TECHNOLOGIA BETONOWANIA Najważniejszym czynnikiem technologii betonowania jest podział na bloki betonowania, określany jako system betonowania. Wyróżnia się 6 podstawowych systemów: przewiązkowy, słupowy, długich bloków, wysokich bloków, pasmowy, dywanowy. Innym ważnym czynnikiem jest ustalenie sposobu chłodzenia wewnętrznego (ang. pipe cooling). Wiąże się z tym konieczność zaprojektowania i wykonania instalacji chłodzącej. KOLEJNOŚĆ I KIERUNEK BETONOWANIA Płyta fundamentowa 23

TECHNOLOGIA BETONOWANIA Technologia betonowania blokami BETONOWANIE BLOKAMI przerwy pionowe przerwy poziome Technologia betonowania warstwowego BETONOWANIE WARSTWAMI Betonowanie jednoetapowe fragmentami uzupełnianymi Warstwowe betonowanie konstrukcji 24

KOLEJNOŚĆ I KIERUNEK BETONOWANIA Temperatury betonu w konstrukcji betonowanej warstwowo Fundament kołowy 25

ZAGĘSZCZANIE MIESZANKI BETONOWEJ czas wibracji prawidłowość wibracji zasady wibrowania PORZĄDEK WPROWADZANIA BUŁAWY WIBRACYJNEJ PORZĄDEK ZANURZANIA WIBRATORA ZAGĘSZCZANIE MIESZANKI BETONOWEJ 26

PRAWIDŁOWA TECHNIKA ZAGĘSZCZANIA NIEPRAWIDŁOWE ZAGĘSZCZENIE BETONU PIELĘGNACJA Rozróżniamy trzy metody pielęgnacji termicznej: chłodzenie powierzchniowe, chłodzenie wewnętrzne rurowe (pipe cooling), izolacja termiczna deskowanie. Chłodzenie powierzchniowe ma na celu możliwie szybkie odprowadzenie ciepła celem zapobieżenia nadmiernym przyrostom temperatury wewnątrz bloku i wynikłym stąd naprężeniom termicznym. W warunkach braku swobody odkształceń konstrukcji nie należy dopuszczać do przyrostów temperatury wyższych niż 20 st. Celsjusza. Chłodzenie powierzchniowe zwykle realizuje się przez polewanie powierzchni bloku chłodną wodą. Jest to metoda, która w polskich warunkach klimatycznych może być skutecznie stosowana przy grubościach nieprzekraczających 1 m. Dla betonów konstrukcyjnych wykonywanych z cementu portlandzkiego latem nie powinno się stosować bloków betonowania o grubości większej od 60 cm. PIELĘGNACJA BETONU CEM I 32,5 lub 42,5 minimum 7 dni CEM II i CEM III minimum 14 dni osłony z włókniny nasączonej wodą osłony z folii przezroczystej preparat do pielęgnacji NB 1 beton dłużej w szalunku zalanie wodą (bardzo mały skurcz ~ 0) 27

FUNDAMENTY NA TERENIE ELEKTROWNI PĄTNÓW Wykonano 8 fundamentów blokowych o łącznej kubaturze 13340 m 3, okres realizacji 1 miesiąc. Autor projektu technologicznego: Katedra Budownictwa Betonowego Politechniki Łódzkiej. Autor recepty mieszanki betonowej: Barg M.B. Poznań. Dostawca betonu: CGS Beton Polska. Największy z fundamentów o kubaturze 7406 m 3 i grubości 3,5 m. Mieszankę betonową wytwarzano w 5 wytwórniach, z czego 4 oddalone były od 60 do 95 km od placu budowy, a dostarczało ją 90 betonowozów. Mieszankę podawało do wbudowania 5 pomp do betonu. Czas wykonania 62 godziny ze średnią wydajnością 120 m 3 /godz. BETON KLASY B30 o uziarnieniu do 32 mm. SKŁAD MIESZANKI BETONOWEJ L.p. Składniki Ilość [kg/m 3 ] 1 Żwir 16 32 mm 409 2 Żwir 8 16 mm 358 3 Żwir 2 8 mm 427 4 Piasek 0 2 mm 663 5 Cement CEM III/A 32,5 N 300 6 Woda 155 7 Popiół lotny 55 8 Plastyfikator 0,65% m.c. 1,95 9 Superplastyfikator 0,8% m.c. 2,4 28

KRZYWA UZIARNIENIA MIESZANKI KRUSZYW 100 90 80 70 Górna krzywa graniczna wg PN 88/B-06250 Krzywa uziarnienia mieszanki kruszyw Dolna krzywa graniczna wg PN 88/B-06250 Przesiew [%] 60 50 40 30 20 10 0 0 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5 63 Wymiar oczka sita # [ mm ] WYNIKI BADAŃ Rodzaj badania i wielkości obliczeniowe Laboratorium KBB Wyniki badań Barg M.B. Poznań Temperatura mieszanki betonowej Liczba pomiarów 93 Średnia temperatura mieszanki betonowej [ C] 23,1 22,5 MAKSYMALNA TEMPERATURA BETONU W BLOKU FUNDAMENTOWYM 59,6 [ C] Konsystencja Liczba pomiarów 76 93 Średni opad stożka [cm] 19,5 20,0 Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach (próbki kostkowe 150 mm) Liczba pomiarów 76 147 Średnia wytrzymałość na ściskanie betonu [MPa] 51,1 50,3 29

BUSINESS CENTER KATOWICE Budynek 30 piętrowy posadowiony jest na fundamencie wykonanym z 11 bloków o objętości od 900 m 3 do 1500 m 3 i grubości od 1,5 m do 2,5 m. Fundamenty były wykonane w wykopie obudowanym ścianami szczelinowymi. W fundamenty wbudowano 14000 m 3 betonu. Projekt technologiczny wymagał 7-godzinnego opóźnienia początku wiązania mieszanki betonowej. Autor recept mieszanek betonowych: laboratorium firmy Energopol 7. Mieszankę betonową wytwarzano w 2 wytwórniach oddalonych ok. 20 km od placu budowy. Mieszankę podawano do wbudowania 2 pompami do betonu na odległość do 100 m. SKŁAD MIESZANKI BETONOWEJ Składniki Beton Beton B30 W8 B40 W8 Żwir 16/31,5 419 kg 414 kg Żwir 8/16 343 kg 338 kg Żwir 2/8 400 kg 395 kg Piasek 0/2 743 kg 734 kg Cement CEM III/A 32,5 N 300 kg 330 kg Popiół lotny 55 kg 50 kg Woda 155 kg 156 kg Plastyfikator 1,95 kg 2,15 kg Superplastyfikator 2,10 kg 1,65 kg 30

WYNIKI BADAŃ Badanie / Parametr STOPIEŃ WODNY NA RZECE ODRZE MALCZYCE Jest to obiekt składający się z: 1. jazu budowli piętrzącej o długości 96 m, - części stałej poziom piętrzenia wody około 1 m, - części ruchomej klapy podnoszone; możliwość piętrzenia o 5,35 m, 2. stałego przelewu powierzchniowego, 3. przepławki dla ryb, 4. elektrowni wodnej, 5. śluzy o szerokości 12 m. Beton B30 W8 Beton B40 W8 Wskaźnik w / (c + 0,4p) 0,48 0,45 Konsystencja wyjściowa (opad stożka) [cm] 19 18 Konsystencja po 1 godzinie (opad stożka) [cm] 12 11 Konsystencja po 2 godzinach (opad stożka) [cm] 7 8 Konsystencja po 4 godzinach (opad stożka) [cm] 4 4 Konsystencja po 7 godzinach (opad stożka) [cm] 1 1 Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach [MPa] 44,0 53,8 Temperatura powietrza podczas betonowania [ C] 25 32 Średnia temperatura mieszanki betonowej [ C] 24 27 Grubość fundamentu [m] 1,5 2,5 Maksymalna temperatura betonu w środku bloku [ C] 38 58 Ilość wbudowanego betonu ok. 75000 m 3. Masywy jazu o grubości 1,5 m i objętości od 350 m 3 do 600 m 3. Autor recept mieszanek betonowych: laboratorium firmy MAXER. Mieszankę betonową wytwarzano w 2 wytwórniach i podawano na miejscu wbudowania pompami do betonu. 31

SKŁAD MIESZANKI BETONOWEJ Składniki Śluza płyta denna Jaz przelew powierzchniowy B20 W6 F100 B30 W6 F150 Kruszywo 0 31,5 mm 1905 kg 1901 kg Cement CEM III/A 32,5 N 290 kg 325 kg Popiół lotny 40 kg 30 kg Woda 166 kg 159 kg Plastyfikator 1,45 kg 1,62 kg Superplastyfikator - 3,25 kg FS-1 (w okresie zimowym) - 3,25 kg WYNIKI BADAŃ Badanie / Parametr Beton Beton B20 W6 F100 B30 W6 F150 Wskaźnik w / (c + 0,7p) 0,52 - Wskaźnik w / (c + 0,4p) - 0,47 Konsystencja wyjściowa (opad stożka) [cm] 14 13 Konsystencja po 1 godzinie (opad stożka) [cm] 7 7 Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach [MPa] 35,5 42,9 Stopień wodoszczelności W6 penetracja wody [cm] 2,5 4 1,5 3 KOMPLEKSOWE PODEJŚCIE DO WYKONANIA BETONOWEJ KONSTRUKCJI MASYWNEJ Przed rozpoczęciem budowy konstrukcji masywnej niezbędne jest opracowanie projektu technologicznego budowy i betonowania. Projekt powinien być poprzedzony wykonaniem obliczeń wykazujących, że zapewnia on monolityczność konstrukcji na każdym etapie dojrzewania betonu. Projekt powinien być kompleksowy, tzn. obejmować dobór wszystkich czynników decydujących o zachowaniu monolityczności, a także sposób jej weryfikacji. Na wykonanie kompleksowego projektu technologicznego składają się 4 elementy: symulacja komputerowa lub obliczenia analityczne szacujące naprężenia, technologia betonowania, sposób pielęgnacji, monitoring konstrukcji. 32

TECHNOLOGIA BETONOWANIA I PIELĘGNACJA BETONU NA BUDOWIE MOSTU ŚWIĘTOKRZYSKIEGO W WARSZAWIE PRACE INSTYTUTU TECHNIKI BUDOWLANEJ KWARTALNIK nr 4 (128) 2003 03 BUILDING RESEARCH INSTITUTE QUARTERLY No 4 (128) 2003 TECHNOLOGIA BETONOWANIA Podpora Klasa betonu Objętość [m 3 ] Przyczółek S1 B30 159 Przyczółek S2 B30 438 Przyczółek S3 B30 438 Przyczółek S4 B30 1050 Przyczółek S5 B30 2064 Przyczółek S6 B30 1148 Przyczółek S8 B25 326 Przyczółek S9 B25 454 33

TECHNOLOGIA BETONOWANIA Zasilanie systemu chłodzenia wodą 34

35

NIECIĄGŁOŚĆ MASYWNEJ KONSTRUKCJI STROPU Z GŁOWICAMI NAD SŁUPAMI PIWNIC rozwarstwienie wzmocnienie połączenia WADY BETONOWANIA 36

CONREG SYSTEM Pomiar temperatury i wytrzymałości w betonie in-situ POMIAR DOJRZAŁOŚCI BETONU Monitorowanie zmian temperatury w konstrukcji betonowej jest szczególnie ważne na początku procesu dojrzewania (w ciągu pierwszych 7-10 dni) Zapewnia optymalizację procesu dojrzewania i osiągnięcie odpowiedniej wytrzymałości betonu 37

INSTRUMENT CONREG 6 lub 12 kanałowe Wyświetlacz LCD pokazuje w trybie on line temperaturę i wytrzymałość Solidna budowa Skonstruowany do pomiaru betonu Przyjazne dla użytkownika oprogramowanie Połączenie poprzez modem GSM lub kablem pozwala na transmisje danych z przyrządu do PC 1. W. Kiernożycki: Projektowanie i realizacja masywnych elementów płytowych konstrukcji masywnych. XXV Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk 2010. 2. W. Kiernożycki: Betonowe konstrukcje masywne, Polski Cement, Kraków 2003. 3. P. Ludera: Charakterystyka cech mechanicznych młodego betonu w elementach średniomasywnych. Przegląd literatury i badania własne. Zeszyty Nauk. Politechniki Rzeszowskiej nr 208, Z. 36, 2004 4. A. Seruga, R, Szydłowski, M, Zych: Ocena postępującego procesu zarysowania ścian cylindrycznych w monolitycznych zbiornikach żelbetowych. Czasopismo Techn, Z-1B/2008 5. P. Witakowski: Technologia budowy konstrukcji masywnych z betonu. XIII Konferencja Naukowa Korbielow 2001 Metody Komputerowe w Projektowaniu i Analizie Konstrukcji Hydrotechnicznych 6. P. Witakowski: Uszkodzenia Termiczne przyczółków mostowych. Czasopismo Techn, 3-Ś/ Z-21/2011 7. PN-EN 1992-3. Eurokod 2. Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 3: Silosy i zbiorniki na ciecze. 8. ACI Committee 207 Mass and Thermally Controlled Concrete. 38