8. Beton- rozdělení, složky, betonová směs, vlastnosti betonu

8. Beton- rozdělení, složky, betonová směs, vlastnosti betonu

1. Přehled, výhody a nevýhody konstrukčních prvků základní materiály: beton, ocel, dřevo, zdivo vlastnosti: beton tvrdost, pevnost, únosnost v tlaku, požární odolnost, jednolitost špatná tepelná a zvuková izolace, hmotnost, obtížné dodatečné úpravy ocel pružnost, odlehčenost, pevnost v tlaku i v ohybu menší požární odolnost, koroze(ochrana povrchu – nátěry) dřevo menší hmotnost, pružnost, dobrá opracovatelnost, únosnost hořlavost, hniloba, škůdci, menší životnost, nasákavost zdivo zdicí materiál a pojivo, pevnost v tlaku, necelistvé, požární odolnost rozdělení betonu: a) podle funkce nenosné (příčka, potěry) nosné konstrukční (sloupy, pilíře) silniční (desky, letiště) vodostavebné (přehrady, jezy) b) podle způsobu výroby monolitické prefabrikované c) podle objemové hmotnosti lehké (do 2000 kg/m3) obyčejné (2000 – 3000 kg/m3) těžké (3000 – 3500 kg/m3) velmi těžké (nad 3500 kg/m3) d) podle struktury hutné mezerovité – používáme 1 frakci velkého kameniva pórovité – více frakcí, ale používáme vzduch e) podle konstrukčních vlastností prosté slabě vyztužené železobetonové předpjaté Přehled betonových a železobetonových prvků a) beton prostý základové pasy patky pilíře a sloupy – dostředně tlačené opěvné zdi b) železobeton Množství výztuže definujeme stupněm vyztužení v procentech. μ = As/Ab * 100 základové pasy As – plocha výztuže podle ČSN základové desky, patky a rošty Ab – plocha betonu podle ČSN sloupy a pilíře železobetonové stěny železobetonové desky a trámy průvlaky, překlady šikmé a zakřivené konstrukční prvky 1


2. Složky betonu a) kamenivo rozdělení kameniva: podle původu: přírodní (těžíme z přírodních ložisek, naplavenin, horských sutí, drcením kusového kamene) umělé (získáme buď jako průmyslový odpad, nebo jej záměrně vyrábíme – keramzit) podle objemové hmotnosti: hutné (objm. hm. větší než 1800 kg/m3) pórovité (objm. hm. menší než 1800 kg/m3) druhy kameniva používaného do betonu: těžené – získané z přírody těžené předrcené – 40-80% zrn předrcených těžené drcené – vznik drcením velkých kusů umělé kamenivo – průmyslový odpad recyklovaný beton podle velikosti zrn drobné kamenivo – zrna do velikosti 4mm hrubé kamenivo – zrna 4-125mm štěrkopísek – směs drobného a hrubého štěrk – hrubé kamenivo drcené, zrna větší než 22mm drť – kamenivo drcené, zrna menší než 22mm kamenná moučka – speciálně vyráběná výsypka – odpad, vzniklý při drcení kameniva vlastnosti kameniva: - kamenivo tvoří nosnou kci betonu - mělo by mít dobrou pevnost, trvanlivost, odolnost proti povětrnosti, minimální nasákavost zkoušky kameniva: velikost zrn (přes síta) pevnost (tlakem) měla by být minimálně taková, jako je požadovaná pevnost betonu. Nesmí být zvětralé a s trhlinami/puklinami. Zkoušíme ve válcích, kde se zatěžuje na lisu.

odplavitelné částice sedimentační způsob; procezovací způsob: zvážené suché kamenivo zalijeme

sloučeniny síry

humusovitost

otlukovost nasákavost

vodou, zamícháme a přelijeme přes jemná síta. Zkoušku opakujeme tak dlouho, dokud není voda po zamíchání čirá. Částice zachycené na sítě vysušíme a zvážíme a spočítáme jejich procentové množství. a) sulfidy: zjistíme přidáním 10% roztoku kyseliny chlorovodíkové…uvolňuje-li se sulfan (sirovodík), jsou ve směsi sulfidy b) sírany: vzorek smícháme s 10% roztokem kyseliny chlorovodíkové, pak přidáme 10cm3 chlorodi barnatého…objeví-li se bílá sraženina, jsou v kamenivu sírany zjišťujeme pomocí hydroxidu sodného, který nalejeme na kamenivo ve skleněném válci a promícháme. Po několikerém promíchání zjišťujeme po 24 hodinách barvu roztoku, která může být od čiré až světle žluté / přes sytě žlutou, žlutočervenou až hnědou. Čím je roztok tmavší, tím je více humusovitých látek. provádí se v otlukovém bubnu za pomoci ocelových koulí. Hodnotíme ji opět v procentech. Porovnáváme zrnitost před a po zkoušce. zvážení suchého kameniva a poté nasáklého

2

8. Beton- rozdělení, složky, betonová směs, vlastnosti betonu b) cement Je to organické hydraulické práškové pojivo, které po smíchání s vodou tuhne a tvrdne na vzduchu i pod vodou. výroba cementu: základní surovinou je přírodní vápenec, vápenné slíny, hlinité břidlice. Tyto suroviny obsahují oxidy vápenaté, křemičité, hlinité, železité a hořečnaté. Suroviny nejprve rozdrtíme a uložíme na skládku. Pak je postupně odebíráme a rozemíláme v kulových mlýnech na moučku, kterou schromažďujeme v zásobnících. Moučku pak předehříváme a dopravujeme do vypalovacích pecí, kde se vypaluje při teplotě 1300-1400 °C. Dojde ke slinutí (roztavení). Vznikne tak slínek, který se pak postupně ochlazuje a ukládá na skládku. Po odležení se rozemílá na jemný prášek – cement. Máme dva druhy výroby: - suchý – surovina se mele a mísí za sucha - mokrý – surovina se mele a mísí s vodou vlastnosti cementu: hydratace: chemický pochod, který začne po smíchání vody s cementem – cement se mění v tuhou hmotu. Při hydrataci se uvolňuje hydratační teplo. Jeho velikost závisí na chemickém složení cementu a na jemnosti mletí. Probíhá optimálně při 15 až 25 °C, při nižších teplotách se zpomaluje, minimální teplota je +5 °C tuhnutí: fyzikální a chemický pochod, při němž cement smíchaný s vodou tuhne v pevnou hmotu. Počátek je do jedné hodiny, s vyšší pevnostní třídou do 45 minut. Konec je do 12-ti hodin. tvrdnutí: fyzikální a chemický pochod, při němž se tuhá směs přeměňuje v tvrdou hmotu. Největší přírůstek pevnosti (95%) je po 28 dnech. objemové změny: a) smršťování – při odpaření vody vznikají jemné kapiláry, nastává smršťování; to je tím větší, čím je cement jemněji mletý a čím je prostředí sušší. b) nabývání – nastává pod vodou a je mnohonásobně menší než smršťování jemnost mletí: závisí na něm počáteční pevnost, zpracovatelnost a hrudkovost ve vlhku či větší smrštění (nevýhody).

normalizovaná pevnost cementu třídy normalizovaného cementu:

32,5 MPa / po 28 dnech 42,5 MPa 52,5 MPa národní dodatek 22,5 MPa

3

8. Beton- rozdělení, složky, betonová směs, vlastnosti betonu druhy cementu cementy jsou rozděleny do 5 druhů - I. Portlantské cementy II. Portlantské směsné cementy III. Vysokopecní cementy IV. Pucolánové cementy V. Směsné cementy I. Portlantský cement Vyrábí se z křemičitého portlantského slínku a sádrovce, je šedozelený, začátek tuhnutí 45 minut – 1 hodina. Konec za 12 hodin. Velká počáteční pevnost, není vhodný pro objemné konstrukce. II. Portlantské směsné cementy struskový cement – křemičitý slínek, sádrovec a vysokopecní struska (do 35%); cement je odolný proti agresivním vlivům. s křemičitým úletem – křemičitý slínek, sádrovec, křemičitý úlet (6-10%); zvýšená pevnost v tahu pucolánový cement – křemičitý slínek, sádrovec, přírodní nebo průmyslový pucolán (6-35%); větší odolnost proti agresivním kyselým vodám; zvyšuje vodotěsnost a plastičnost popílkový cement – křemičitý slínek, sádrovec, popílek (6-35%); lepší zpracovatelnost, plastičnost a vodotěsnost s kalcinovanou břidlicí – křemičitý slínek, sádrovec, kalcinovaná břidlice (6-35%); proti chemickým vlivům a větší plastičnost, použití na injektáži. Kalcinovaná břidlice se vyrábí při teplotě 800 °C ve speciálních pecích. s vápencem – křemičitý slínek, sádrovec a vápenec (6-35%); zvýšená odolnost proti plísním – použití např. v potravinářském průmyslu směsný – křemičitý slínek, sádrovec + struska, křemičitý úlet, pucolán, popílek, kalcinovaná břidlice a vápenec (6-35%); vhodný pro běžnou betonáž Všech sedm cementů má pevnostní třídu 32,5 – 42,5 MPa. III. Vysokopecní cementy Z portlantského křemičitého slínku, sádrovce a strusky. v množství: betonáž základů v agresivním prostředí 35-65% odpadní jímky a silážní jámy 65-80% silně agresivní prostředí; odpadní průmyslové vody 85-90% IV. Pucolánové cementy Z křemičitého slínku, sádrovce a pucolánu v množství 10-55%; odolnost proti vodě mořské a uhličitanovým vodám. V. Směsné cementy Z křemičitého portlantského slínku, sádrovce, pucolánu, popílku a strusky v množství 18-50%; na podlahy a méně namáhané kce. Dělá se i v nejnižší třídě 22,5 MPa … národní výjimka.

4

8. Beton- rozdělení, složky, betonová směs, vlastnosti betonu cementy se speciálními vlastnostmi mají jiné speciální vlastnosti a odlišné tvrdnutí než-li cementy portlantské. silniční cementy – odolnost proti povětrnostním vlivům a proti obrusu; mrazuvzdornost, velká pevnost v tahu, malá smrštitelnost. Vyrábí se dva druhy pečlivým výběrem surovin: silniční portlantský – počátek tuhnutí za 1,5 hodiny, konec za 12 hodin silniční portlantský struskový – přidává se cca 20% strusky, počátek tuhnutí za 2 hodiny, konec za 12 hodin hlinitanový cement – bauxid a vápenec; cement rychle hydratuje, při betonáži je proto nutné hodně zvlhčovat; nevhodný pro masivní kce, nesmí se používat pro nosné kce….praská. Použití na opravy a tam, kde potřebujeme vysokou počáteční pevnost. Je červenohnědý a u nás se nevyrábí. Pevnost po 24 hodinách, tvrdnutí do 28 dní, betonáž do -10 °C. zvláštní cementy – pro zvláštní použití nebo vlastnosti cementu zlepšujeme přísadami. síranovzdorný portlantský – velmi odolný proti vodě hladové, síranové – menší pevnost. hydrofobizované – s hydrofobní látkou, která odpuzuje vlhkost. Může se skladovat až 3x déle. Částečky cementu jsou „obaleny“ nesmáčivým molekulárním filmem, který se při míchání betonu poruší o kamenivo a může proběhnout hydratace. Nutná delší doba míchání. plastifikované – použití do betonů dopravovaných čerpadly fungicidní přísady – odolné proti plísním. Látky v cementu ničí mikroorganismy a plísně. Použití tam, kde jsou vysoké požadavky na hygienu. bílé a barevné – pouze dekorativní barnaté a strondnaté cementy – vápník nahrazen bariem a stronciem. Mají velkou odolnost proti radioaktivnímu záření – výroba je velice nákladná. zkoušky cementu hustota začátek a konec tuhnutí objemová stálost pevnost v ohybu a v tlaku měrný povrch

5

8. Beton- rozdělení, složky, betonová směs, vlastnosti betonu c) voda Umožňuje hydrataci cementu a míchání betonové směsi. Dělíme ji na záměsovou k přípravě betonové směsi ošetřovací používaná k ošetřování betonu při tuhnutí a tvrdnutí požadavky – čistota, chemická nezávadnost, bez rizika můžeme použít vodu pitnou, ne ale minerální; zcela nevhodná je voda bahenní, splašková a odpadní průmyslová zkoušky vody informativní vzhled - v průhledné nádobě; nesmí zapáchat hnilobou a sírou Ph - zjišťujeme poměrný indikát papírků (0-12), neutrální je Ph 7; nižší než 7 je kyselá x zásaditá; je-li menší než 5, není vhodná organické látky vodu nalijeme do skleněné nádoby, uzavřeme a 30 sekund protřepáváme; utvoří-li se pěna, která která nezmizí do 5 sekund … obsahuje organické látky. laboratorní zkouška na sírany: pomocí chloridu barnatého; promícháme s vodou a necháme v klidu. Zabarví-li se voda mléčně, obsahuje sírany. porovnávací: uděláme vzorky z naší vody a čisté vody…poté porovnáme rozdílné vlastnosti v tahu, tlaku…

6


Přísady do betonové směsi a) b) c) d) e) f)

urychlovače tuhnutí a tvrdnutí zpomalovače těsnící a hydrofobní přísady stabilizační a disperzní přísady provzdušňovací přísady plastifikační přísady

a) urychlovače tuhnutí a tvrdnutí - urychlují hydratační procesy - když potřebujeme dosáhnout dřívější pevnosti, např: - při betonáži za nižších teplot - při těsnících pracích za vodního tlaku - při tonkretování - při zkrácení odbedňovacích lhůt - chlorid vápenatý – CaCl2 - roztok o koncentraci 25-30% - dávkování nutné předem vyzkoušet - prostý beton 2-4% hmotnosti cementu - železobeton max. 2% hmotnosti cementu - předpjatý beton – NIKDY NEPOUŽÍVÁME b) zpomalovače tuhnutí a tvrdnutí - zpomalují hydratační procesy - při dopravě na delší vzdálenost; při betonáži za velkých teplot; tam, kde potřebujeme vyloučit nedostatky při betonování ve vrstvách - sírany a chloridy mědi – max. 1% hmotnosti cementu - organické látky – cukr, škrob – méně než 1% hmotnosti cementu c) těsnící a hydrofobní přísady - snižují propustnost betonu zmenšením pórů a po zatvrdnutí odpuzují vodu - nutno dodržet správný výběr kameniva a jeho zrnitosti - jemné moučky (filery) – kamenná moučka, mletá vysokopecní struska, popílek, jíly… - alkalická mýdla, emulze tuků, vosků a olejů – vytvoří „film“, který nepropouští vodu d) stabilizační a disperzní přísady - cementová malta jimi váže více vodu - je proto plastičtější a vniká tím do jemných pórů - při injektážích nebo při dodatečně předpjatých kcí - silikát = práškovitá hmota 5-25% hmotnosti cementu e) provzdušňovací přísady - vytvářejí jemně rozptýlené vzduchové bublinky, které zvyšují odolnost proti mrazu - bublinky přerušují kapiláry, čímž zamezují vzlínání vody - pozor na nadměrné dávkování, může způsobit zvýšení dotváření kce - z přírodních pryskyřic f) plastifikační přísady - zmenšují tření kameniva - způsobuje tím lepší zpracovatelnost a zhutňování při menším množství vody 7


3. Betonová směs Poměry míšení složek a) poměr drobného kameniva k hrubému - kamenivo tříděné na frakce - do běžných betonů minimálně 2 frakce droné + hrubé v poměru 1:2 - do betonu vyšších pevností 2 frakce hrubého a 2 frakce drobného kameniva - optimální poměry určí laboratoř - velikost frakce závisí též na velikosti prvku a na vzdálenosti výztuže -

kamenivo dávkujeme hmotnostně cement dávkujeme hmotnostně vodu dávkujeme objemově

b) poměr cementu ke kamenivu - spotřeba cementu je přímo závislá na mezerovitosti a velikosti povrchu kameniva - minimální dávkování předepisuje norma s ohledem na druh betonu - dále množství závisí na způsobu zpracování a zhutňování směsi, na množství vody, apod. - množství cementu: - prostý beton 100 kg/m3 - železobeton 200-300 kg/m3 - zvyšuje-li se množství cementu, zvyšuje se i pevnost betonu - maximální množství je však 450 kg/m3 hotového betonu - další zvyšování má spíše opačný výsledek - při požadavku na vyšší pevnost se pak použije cement vyšší třídy c) poměr vody a cementu - čím více vody, tím menší pevnost - voda ovlivňuje pevnost a zpracovatelnost betonu - množství je dáno spotřebou pro hydrataci, množstvím a poměrem drobného a hrubého kameniva, jeho nasákavostí, vlhkostí a způsobem zpracování + dopravy betonové směsi - na hydrataci 1 kg cementu je třeba ¼ litru vody (250ml) - pozor na vlhkost kameniva ! - množství vody se vyjadřuje vodním součinitelem W= V/C … poměr hmotnosti vody ke hmotnosti cementu

Vlastnosti betonu a) b) c) d) e) f)

pevnost pružnost objemové změny trvanlivost odolnost objemová hmotnost

8

8. Beton- rozdělení, složky, betonová směs, vlastnosti betonu a) pevnost betonu - v tlaku, tahu, v ohybu, smyku a v kroucení - na pevnost betonu má vliv celá řada činitelů: 1) vliv cementu - normou určeno minimální množství - více cementu = větší pevnost (max. 450 kg/m3) 2) vliv kameniva - musí mít minimálně stejnou pevnost než požadovaná pevnost betonu 3) vliv vody - množství určuje vodní součinitel - více vody = lepší zpracovatelnost, ale horší pevnost a doprava - méně vody = ne zcela proběhnutá hydratace, horší zpracování 4) vliv zpracování - čím je směs řidší, tím je zpracovatelnější - podle stupně zpracování rozeznáváme směsi: a) velmi tuhá – W = 0,2-0,3 - minimální množství vody - vyžaduje důkladnější zpracování – vibrování - vhodná pro prefabrikáty b) zavlhlá směs – W = 0,3-0,5 - pro prostý beton – základy nebo málo vyztužené kce - zpracování např. ponornými vibrátory c) máloměkká, měkká a velmi měkká směs – W = 0,5-0,8 - vhodná pro žb. kce - zpracování ponornými nebo příložnými vibrátory - může se pěchovat i propichovat d) tekutá směs – W = 0,8-1 - pro lité betony - zpracování buď propichováním nebo vakuováním 5) vliv prostředí a) teplota – hydratace probíhá nerušeně při 10-25°C - při +5°C se zpomalí, při dalším snížení tvrdnutí ustává - neúměrné zvýšení teploty způsobuje velké odpařování, musí se proto čerstvý beton chránit přikrýváním rohožemi, fóliemi apod.; a neustále ho musíme vlhčit ošetřovací vodou b) déšť – u čerstvého betonu může vyplavit cementovou kaši - chráníme rohožemi nebo různými nástřikovými hmotami c) mráz – zmrzne-li beton okamžitě, než začne tuhnout, za příznivých podmínek začne opět hydratovat - konzervant - zmrzne-li v období tuhnutí, je to nejhorší – poruší se nově vytvořené krystaly, beton nenabyde pevnosti a drolí se - zmrzne-li v období trvdnutí, hydratace se obnoví, ale pevnost bude tím menší, čím dříve beton zmrzl - je-li nutno betonovat za mrazu, musí se provést taková opatření, aby beton nabyl alespoň 60% své pevnosti (zateplené prostoru…)

9

8. Beton- rozdělení, složky, betonová směs, vlastnosti betonu 6) vliv stáří - pevnost betonu se zvětšuje časem - největší nabytí pevnosti je za 28 dní - záleží ale na prostředí, zda-li se jeho pevnost nesnižuje 7) vliv míšení - nedostatečné míchání = hluchá místa (hnízda) - nadměrné míchání = oddělení jednotlivých složek 8) vliv dopravy - čím tekutější směs, tím je citlivější na otřesy při dopravě a ukládání směsi - nesmí dojít k rozmíšení - pozor na ukládání směsi z velké výšky! b) pružnost betonu - beton se chová jako látka pružná - velikost přetvoření závisí na velikosti zatížení, na jakosti betonu a jeho stáří - modul pružnosti v tlaku a v tahu se od sebe podstatně liší - stanovují se na základě statických zkoušek c) objemové změny betonu smršťování – v průběhu hydratace; - na vzduchu se smršťuje a pod vodou nabývá - čím více cementu a vody, tím větší smrštění - největší smrštění je na začátku hydratace, postupně se zmenšuje až ustává - u prostého betonu je smrštění 0,2-0,5 μm/m běžný nabývání – podstatně menší než smršťování a vzniká pod vodou (voda se neodpařuje) vliv změny teploty – při měnících se teplotách beton mění své rozměry - klesá-li teplota, beton se zmenšuje - stoupá-li teplota, beton se zvětšuje - roztažnost betonu se ve výpoštech zjišťuje součinitelem α - nejúčinějším opatřením jsou dilatační spáry dotvarování – je-li dlouhodobě namáhán, narůstají jeho plastické deformace - po 3 až 4 letech se ustálí - např. u stropních trámů průhybem, u sloupů vybočením apod. d) trvanlivost betonu + odolnost - závisí na vlivu prostředí, na kvalitě betonu a na vlastnostech použitých složek - beton narušují: povětrnostní podmínky, městské ovzduší, dešťové vody, hladové spodní vody, síranové vody, chemikálie, tuky, oleje … e) objemové vlastnosti betonu prostý beton = 2000 – 2400 kg/m3 železobeton = 2200 – 2600 kg/m3 lehké betony = do 1800 kg/m3

10

8. Beton- rozdělení, složky, betonová směs, vlastnosti betonu

Recommend Documents