Beton szerkezetek tartóssága és élettartama

BUDAPESTI MÜSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Építészmérnöki Kar - Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék

k é z s s é n a épz T i iK t e z k e ö k n r r e é z s m ó ak Beton szerkezetek t r a z S T s s é ó tartóssága és élettartama i i c n k a tru t g á s s n d o r k á l t-re i z S e Dr. Sipos András Árpád z E e k M r e B sz ó t r Ta

BME Építészmérnöki Kar Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék

HÁTTÉR k é z s s é n z a p T A tartóssági méretezés lényegében több okból került előtérbe: é i t K e i z k e ö k n r r drága – az infrastruktúra újraépítése 30-40 évenként irreálisan e é z s m ó k t r a a z S – fenntarthatósági szempontok T s s é ció i n uk a t r – az anyag környezeti okokratvisszavezethető roncsolódása több g á s s n esetben vezetett rideg törés jellegű összeomláshoz. d o r k á l e i r z t S e z A tartóssági problémák nagy mennyiségben beton E e k M r szerkezeteknél e B sz jelentkeznek. ó t r Ta


HÁTTÉR k é z s s é n a épz T i iK t e z k e ö k n r r e é z s m ó ak t r a z S T s s é ó i i c n k a tru t g á s s n d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r parkolóház összeomlása a jégmentesítésre használt Többszintes Ta sók és az állagmegóvás teljes hiánya miatt.


FENNTARTHATÓSÁG k é z s s é n A világ éves anyagtermelése, 2007: a épz T i t K e i anyag Mennyiség [t] z k e ö k n Beton ~er13 milliárd r é z s m ó 2,36akmilliárd Portland cement t r a z milliárd S T Acél 1,34 s s é ó i i c Szén 6,50 milliárd n k a u t r g t Búza 607 millió á s s n d o r k Só 200 millió á l e i r z t S Cukor 162 millió e z E e k BM szer 1t portland ó cement előállítása folyamán kb. 1t CO keletkezik, a t r a cementgyártás adja a világ CO kibocsátásának kb. 7%-át. (Ez T kb. fele a teljes, közlekedésből származó kibocsátásnak!) 2

2


FENNTARTHATÓSÁG k é z s s é n Fenntartható betonszerkezetek építése: a épz T i szilárdság • nagyobb szilárdságú betonok használata (nagyobb t K e i z k kisebb km fajlagosan kevesebb cement szükséges) e ö k n r r e • tartósabb anyagszerkezet kialakítása (w/c tényező csökkentése é z s m ó megfelelő adalékszerek alkalmazása mellett) k t r a a z S helyettesítése más, T felének • a portland cement mintegy s s é ció cementáló anyagokkal (SCM) i n kgyártása a u t • portland cement hatékonyabb r g t á s s n • beton újrahasznosítás d o r k á l e i r • felhasznált vízmennyiség csökkentése (w/c tényező csökkentés) z t S e z • fenntarthatósági szempontokat érvényesítő tervezés / szabvány E e k M r e B sz ó pernye, granulált kohósalak, puccolán …stb. t SCM: pl: r Ta


ÁLLAGROMLÁS k é z s s é n ez az A tervezési élettartam mellett definiáljuk a műszaki élettartamot: z a p T é az időszak, amíg a szerkezet (megvalósult anyagminőséggel számított) i t K e i teherbírása a szabványban megkövetelt értéket meghaladja. z k e ö k n r r e é z A szakirodalom az állagromlás 2 fázisát ós m k t r a különbözteti meg: a z T sS 1. kezdeti fázis: nincs észrevehető s é ció romlás, lényegében a környezeti i n uk hatásokkal szembenita védelem r g t á s fokozatosan gyengül. Beton s n d o r esetében például ebben a k á l e i r fázisban zajlik a karbonátosodás, a z t S e kloridE felvétel vagy a szulfát z e k M felhalmozódás az anyagban. r e B z 2. a tényleges állagromlás: az s ó t anyagszerkezet fokozatosan r a Tmegváltozik, tönkremegy. Például a vasalás korróziója jó példa erre a szakaszra.


–

–

–

AZ OKOK BETON ESETÉN k é z s s é n (diffúzió, transzport folyamatok: víz, vagy egyéb oldatok felvétele z a p T é kapilláris felszívás…stb.) i t K e i z k e ö k n r r e mechanikai hatások: ütközés, túlterhelés, rezgés… stb. Ezek é z s m ó hatását hagyományos módszerekkel vizsgálhatjuk, azonban a k t r a kialakuló repedések az TaanyagSzöregedését jelentősen sfagyás kapcsolata) s é ó befolyásolhatják! (pl: repedések és a i i c n k a tru t g á s s n fizikai folyamatok: d o r k á l t-re • fagyásizciklusok i S e • korai repedések zsugorodás vagy hőhatás miatt z E e k M r • sók újrakristályosodása a betonon belül e B sz ó • rszáradási zsugorodás okozta nyúlás t T•a kopás


–

AZ OKOK BETON ESETÉN k é z s s é n a épz kémiai folyamatok: T i iK t e • a PH csökkenése a karbonátosodás miattez k ö k n r • cement alkáli tartalma és egyes adalékanyagok közötti reakció r e é z s m ó • szulfátkorrózió k t r a a z S okozta korrózió • savak, ammónium sók, magnézium T s sók s é ció • biológiai eredetű hatások i n uk a t r g t á s s n d o r k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta karbonátosodás

alkáli reakció


–

AZ OKOK BETONACÉL ESETÉN k é z s s é n z a között p depassziválódás: a jó minőségű beton PH-ja 12,5-13,5 van, T é i Kkarbonáez a betonacél korrózióját meggátolja. ze At beton i k e ö k tosodásán túl korrozív adalékanyagok alkalmazása és/vagy n r r e tér isédepasszíválhatja a z beszívódása, továbbá jelentős elektromos s m ó k t betonacélt. r a a z T sS s é ció i n okozta Legveszélyesebb: kloridok korrózió (eredet: tengervíz, k a u t r kötésgyorsítónak használtak kálciumg t jégmentesítő sók). Korábban á s s n d kloridot, ez súlyos károkhoz vezetett. o r k á l t-re i z S e z E Elektromos tér (pl: vasút) esetén a betonacélok földeléséről e k M er kell! Bgondoskodni z s ó t r Ta


A FENNTARTÁS SZEREPE k é z s s é n a épz • A fázis: tervezés, kivitelezés, utókezelés ideje T i iK t • B fázis: kezdeti fázis (nincs látható károsodás!) e z k e ö k • C fázis: a károsodás kezdete n r r e é z s m • D fázis: jelentős kiterjedésű korrózió / tönkremenetelhez közeli ó k t r a állapot a z T sS s é ció i n Sitteru(1983) k szerint: 1dollár elköltése az A a Az „ötök törvénye”: tde r g t á s fázisban megegyezik 5ndollárral a B fázisban, ami megegyezik 25 s d o r dollárral a C fázisban ami egyenlő 125 dollárral a D fázisban. k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta


TERVEZÉS TARTÓSSÁGRA k é z s s é n az osztott Jelenleg félvalószínűségi alapon tervezzük a szerkezeteket, z a p T é biztonsági tényezős eljárás mind a teher, mind taz anyagminőség i K e ki venni. bizonytalanságát és időbeni változását célozzaeszámításba z ö k n r r A tartósság biztosítása jelenleg szerkesztési szabályok betartását e é z s m jelenti. Az esetleges fenntartás szerepét teljesen figyelmen kívül ó k t r a a z hagyják. Hasonlóan meglévő Tszerkezetek hátralévő élettartam S s s becsléséhez ezen eljárások túlzottan egyszerűsítettek. é ó i i c n k Cél: a fent meghatározott műszaki élettartam minél pontosabb a u t r g t á becslése. Ennek becsléséhez egzakt modellek kellenek a környezeti s s n d o r hatások figyelembe vételére és a szerkezeti anyagok ellenállásának k á l e i r z számszerűsítésére. t S e z E e A legtöbb szabványban az átlagos épületek tervezési élettartama k M r e 50 B év, azonban ezt csak a terhek és az ellenállás valószínűségi alapú z s ó meghatározásánál vesszük figyelembe. Ráadásul ez sok esetben t r koránt Ta sem gazdaságos: a műszaki élettartamot sokkal hatékonyabb lenne a gazdaságosság elemzésével felvenni.


TERVEZÉS TARTÓSSÁGRA k é z s s é n Tervezési módszerek (Model Code terv): a épz T i iK t – teljes valószínűségi méretezés e z k e ö k – parciális tényezős módszer n r r e é z s – szerkesztési szabályok, betontechnológia (jelenlegi EC) m ó k t r a a z S T a szerkezet alatt a prognosztizált EC0: A tervezett élettartam s s é ó i környezeti hatásokra (aznielőírt fenntartási munkák elvégzése c k a truolyan mértékben, hogy a t mellett) nem károsodhat g ámegcélzott s s n teljesítőképességeda szint alá esik (EC0). o r k lá t-rehatásokat i A várható zkörnyezeti a tervezés idején meg kell S e határozni (??? Klímaváltozás hatásai). z E e M erk megfelelőséget számítással, kísérlettel, vagy A Btartóssági z s megépült szerkezeteken szerzett tapasztalatokkal lehet igazolni. ó t r szabályok agresszív környezetben (pl: XD3) a a Jelenlegi T szakirodalom szerint 50 év alatt 50%-kos valószínűséggel okoznak jelentős korróziós problémát!


A TARTÓSSÁG TERVEZÉSE k é z s s é n z a p T é •Az EC szerint a statikus tervező jelenleg ati K e i z k e teherbírási határállapotban (ULS) és a ö k n r r e é z használati határállapotban (SLS) s m ó k t r a a z igazolja a szerkezet megfelelőségét. A terv az, hogy a S T s s é ó i jövőben ehhez egy harmadik csoport, a tartóssági i c n k a u t r g t méretezés fog kapcsolódni. á s s n d o r k á l e i r z t S ze nem számítást jelent, hanem egyes Ma ezEelsősorban e k szerkesztési BM szer szabályok betartását, illetve az anyagó helyes megválasztását jelenti. t minőség r Ta


KÖRNYEZETI OSZTÁLYOK (BETON) k é z s s é n z a meg • A szerkezet környezeti osztályba sorolása határozza a p T é i i aK t betonfedést, a minimális beton osztályt éserészben z k e betontechnológiát. A környezeti osztályokat az EN 206 ö k n r r e é szabvány és annak Nemzeti Melléklete tartalmazza (együtt: z s m ó ak t MSZ 4798-1:2004). r a z S T s s é ó i i c n k a tru t g á s s n d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta


KÖRNYEZETI OSZTÁLYOK (BETON) k é z s s é n a épz X0 T i iK t e z k e ö k XN(H) n r r e é z s m ó k t r a X0b(H) a z S T s s é ó i i c n X0v(H) k a tru t g á s s n d o r XC1 k á l t-re i z S e z e XC2 ME k B szer ó XC3 art T XC4

Vasalás nélküli beton, ha nincs korróziós kockázat. Nagyon száraz helyen lévő vb.

Kitöltő és kiegyenlítő betonok, védett helyen. VB esetén RH max. 35%

Környezeti hatásoknak nem ellenálló, szilárdsági szempontból alárendelt beton.

Kis szilárdságú aljzatbeton.

Vasalás nélküli beton alacsony korróziós kockázattal.

Kitöltő és kiegyenlítő betonok, védett helyen.

Vasbeton alacsony korróziós kockázattal.

RH max. 35% páratartalmú térben, vagy teljesen elzárt helyen lévő vb.

Karbonátosodás okozta korrózió: Száraz, vagy tartósan nedves környezet.

Alacsony RH-ú környezet, vagy állandóan víz alatt lévő beton.

Karbonátosodás okozta korrózió: Nedves, ritkán száraz.

Hosszú időn keresztül vízzel érintkező beton. Alaptestek.

Karbonátosodás okozta korrózió: Mérsékelten nedves.

Mérsékelt, vagy nagy RH-ú épületben és esőtől védett, szabadban lévő beton.

Karbonátosodás okozta korrózió: Váltakozva nedves és száraz.

Víznek kitett betonfelületek, amelyek nem tartoznak az XC2-es osztályba.


KÖRNYEZETI OSZTÁLYOK (BETON) k é z s s é n a épz XD1 T i iK t e z k e ö XD2 k n r r e é z s m ó ak t r a z S T s s XD3 é ó i i c n k a tru t g á s s n d o r XF1 k á l t-re i z S e z e XF2 ME k B szer ó XF3 art T XF4

Nem tengervízből származó klorid: mérsékelt nedvesség

levegőben lévő kloridnak kitett, de jégolvasztó soknak nem kitett beton

Nem tengervízből származó klorid: nedves, ritkán száraz

Úszómedencék. Ipari vizek klorid tartalommal, de jégolvasztó sónak nem kitett. Klórtartalmú talajvízzel érintkező.

Nem tengervízből származó klorid: váltakozva nedves/száraz

Kloridot tartalmazó permetnek kitett hídelemek. Járdák és útburkolatok. Autóparkolók födémei. (Nem sózott, de behordott sóval érintkezik. Magyarországon a sózott felületeket az XF4 osztályba kell sorolni!)

Fagyási / olvadási korrózió: Mérsékelt víztelítettség jégolvasztó anyag nélkül

Függőleges betonfelületek esőnek és fagynak kitéve.

Fagyási / olvadási korrózió: Mérsékelt víztelítettség jégolvasztó anyaggal

Útépítés függőleges szerkezetei.

Fagyási / olvadási korrózió: Jelentős víztelítettség jégolvasztó anyag nélkül

Esőnek és fagynak kitett vízszintes szerkezetek.

Fagyási / olvadási korrózió: Jelentős víztelítettség jégolvasztó anyaggal

Útburkolatok és híd pályaelemek jégolvasztó sónak kitéve.


KÖRNYEZETI OSZTÁLYOK (BETON) k é z s s é n a épz T i iK t XA1 e z k e ö k n r r e é z XA2 s m ó ak t r a z S T s s XA3 é ó i i c n k a tru t XK1g á s s n XK4 d o r k á l t-re i z XV1(H) S e z E e k BM szer XV2(H) tó r a T Enyhén agresszív környezet

Talajvíz + talaj tulajdonságai alapján

Mérsékelten agresszív környezet


Nagymértékben agresszív környezet


Koptató hatás

XV3(H)

Kis üzemi víznyomásnak kitett, legalább 300 mm vastag beton, 24h alatt legfeljebb 0,4l/m2 átszivárgás

Pincefal, csatorna, legfeljebb 1,0 m magas víztároló medence, áteresz, záportározó

Kis üzemi víznyomásnak kitett, legfeljebb 300 mm vastag beton, vagy nagy víznyomás és legalább 300 mm vtg. beton 24h alatt legfeljebb 0,2l/m2 átszivárgás

Vízépítési szerkezetek, gátak, magas víztároló medence, aluljárók szigetelés nélkül

Nagy üzemi víznyomásnak kitett, legfeljebb 300 mm vastag beton, 24h alatt legfeljebb 0,1l/m2 átszivárgás

Vb. mélygarázs, alagutak külön szigetelés nélkül


KÖRNYEZETI OSZTÁLYOK (BETON) k é z s s Feltétel Példa min. max. Beton Jel Feszítő é n z v/c % Taacél betét p szilárdság éc i t K c e i z k e Belső száraz tér C12/15 k 70 10 10 Száraz környezet ö X0 n r r e é z vagy Közepes páraC20/25 65 15 25 Száraz, XC1 s m k tartósan nedves tartalmú belső tér rtó a a z 60 S Alapozás T C25/30 25 35 Nedves, ritkán XC2 s s é ció száraz helyen i n pára-uk C30/37 55 a Magas 25 35 Mérsékelten XC3 t r g t nedves helyen tartalmú belső tér á s s n d kkitett o Váltakozvaár Esőnek beton C30/37 50 30 40 XC4 l e i r nedves /z száraz t S e z korrózió Medencék, járdák, C30/37553545XD1-3 Kloridos E e k parkolófödémek C35/45 55 M r 45 45 e B Fagyhatás z s Esőnek, fagynak C30/37 55(45) (55) XF1-4 ó t r kitett felületek 50 a T Agresszív Szulfát tartalmú C30/3755(45) (55) XA1-3 min,dur

környezet

talajban lévő beton

C35/45

45

min,dur


ELŐFESZÍTETT ÁTHIDALÓ k é z s s é n a épz T i iK t e z k e ö k n r r e é z s m ó ak t r a z S T s s é ó i i c n k a tru t g á s s n d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta


ELŐFESZÍTETT ÁTHIDALÓ k é z s s é n z A tervezés elején aA végeredmény p T é megcélzott i t K e i keresztmetszet: z k e ö k n r r e é z s m ó k t r a a z T sS s é ció i n uk a t r g t á s s n d o r k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta


ELŐFESZÍTETT ÁTHIDALÓ k é z s s é n z a p T • Az áthidaló méretezésénél fontos kérdés volt aKé i t e i z k környezeti osztályba sorolás, a biztonság javára e ö k n r r e történő feltétel, hogy az XC3 osztályba soroltuk be. é z s m ó k t (A teherhordó rész a vb. mag, erre a beton előírásai r a a z S T vonatkoznak). Lakásba, irodába beépíthető, egy s s é ó i i c vegyi üzemben valószínűleg nem alkalmazható. n k a u t r g t Amit ez befolyásol: á s s n d o r k • Feszítettibetétek betonfedése (15 mm, XC1-ben 10 á l e r - az áthidaló szabvány kötelezően z ámbár t S mm lenne, e z E e előírja ark 15 mm-t.) M e B sz • Kvázi ó állandó teher szintjén igazolni kell a tartó t r a a gyakori teherszinten a Trepedésmentességét, repedéstágasság maximum 0,2 mm.


ELŐFESZÍTETT ÁTHIDALÓ k é z s s é n – Az áthidaló méretezését mind a régi MSZ, a mindépz T ikb. azonos, az EC szerint elvégeztük. A teherbírás t K e i z k e azonban a teher oldalon 10-20% többlet az EC ö k n r r e é z oldalán! s m ó k t r a a z T sS s é ció i n uk a t r g t á s s n d o r k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta 40 35 30

q [kN/m]

25

qH=

20

qRd=

15 10 5

0 0,75

1

1,25

1,5

1,75

2

l [m ]

2,25

2,5

2,75

3

3,25


Irodalom k é z s s é n z a p T é PC. Aitcin, S. Mindness: Sustainability of concrete, i t K e i z k Spon Press, 2011 e ö k n r r e é z s m ó k t r Materials a C.W. Yu, J.W. Bull: Durability of and Structures a z S T s Whittles Publishing, s in Building and Civil Engineering, é ó i i c n k 2006 a tru t g á s s n d o r k á lBetont-rSzabvány e i MSZ 4798-1 Alkalmazási Segédlet, z S e z E Magyar Betonszövetség, 2004 e k BM szer ó t r Ta

Beton szerkezetek tartóssága és élettartama

Recommend Documents