Vysokohodnotný beton 1 JOSEF FLÁDR KANCELÁ Ř: B788 KONZU LTACE : STŘE DA 12:00‐13:00
Organizace předmětu • Odborné přednášky – ČVUT + zástupci významných firem • 4 cvičení v laboratoři => 4 laboratorní protokoly • Podmínky získání zápočtu • • •
Účast na přednáškách a laboratorních cvičení Odevzdání laboratorních protokolů Zápočtový test s 50% úspěšností
Opakování znalostí betonu • Co to je beton? • Co to je pracovní diagram?
Opakování znalostí betonu
Opakování znalostí betonu
Opakování znalostí betonu
Opakování znalostí betonu
Opakování znalostí betonu • Z čeho je složený beton? • Kde vezmu kamenivo? • Kde vezmu cement a z čeho se vyrábí? • Jsou všechny cementy stejné? • Co to je to přísada a příměs? • Co to je plastifikátor? • Jakou znáte příměs?
Vysokohodnotný beton ‐ HPC • Co to je vysokohodnotný beton?
Beton s některou nebo některými vylepšenými vlastnostmi oproti běžnému betonu Vylepšenou vlastností může být ◦ Pevnost ◦ Trvanlivost ◦ Zpracovatelnost ◦ Kvalita povrchu … atd.
Vysokohodnotný beton ‐ HPC • Běžný beton
• w/c 0,45 – 0,65 • Třída zpracovatelnosti S1 až S5 • Pevnostní třída max. C50/60
Vysokohodnotný beton ‐ HPC • Jak se dá nějaká vlastnost vylepšit?
• Nejjednodušší vylepšení je snížení vodního součinitele => kompaktní struktura CSH (Calcium – Silikat – Hydrát).
Vysokohodnotný beton ‐ HPC
Vysokohodnotný beton ‐ HPC • Plastifikační přísada – vždy při vodním součiniteli w/c < 0,4 • Plastifikátory Lignosulfát
Naftalensulfát
Melaminsulfát
Vysokohodnotný beton ‐ HPC • Plastifikátor a superplastifikátor
Vysokohodnotný beton ‐ HPC • Polykarboxylátové superplastifikátor
Vysokohodnotný beton ‐ HPC • Cement
• Ekonomické je použití pouze běžně vyráběných cementů • Využití cementů řady CEM I, výjimečně CEM II • Není důležitá pevnostní třída, ale kvalita lomu (vápenec a jíly) • Dávkování – běžný beton 300 – 350kg ‐ HPC 400 – 600 (900)kg
Vysokohodnotný beton ‐ HPC • Cement Vlastnost
CEM I 42,5 R Radotín
CEM I 42,5 R Mokrá
CEM I 52,5 R Mokrá
MgO [%]
2
1,4
1,4
C3S [%]
73
67
67
C2S [%]
6
11
11
C3A [%]
9
7
7
C4AF [%]
9
11
11
Vysokohodnotný beton ‐ HPC • Cement
Vysokohodnotný beton ‐ HPC Kamenivo • Nejvýznamněji ovlivňuje pevnost • Nejdůležitější je mineralogické složení
Čedič
Žula
• Tvar zrn a granulometrii, Dmax 8 (16)mm
Droba
Vysokohodnotný beton ‐ HPC Hornina
Pevnost v tlaku [MPa]
Modul pružnosti [GPa]
žula, syenit
160 – 280
40 – 70
diorit, gabro
170 – 300
40 – 100
křemenný porfyr, andezit
180 – 300
25 – 65
čedič, melafyr
290 – 400
55 – 115
diabas
180 – 250
70 – 90
křemenec, droba
150 – 300
60 – 75
křemenný pískovec
120 – 200
10 – 45
vápenec dolomit
80 – 180
20 – 85
rula
160 – 280
10 – 30
amfibolit
170 - 280
45 - 50
Vysokohodnotný beton ‐ HPC Ideální krivka zrnitosti
Kamenivo
100
Celkové propady [%]
90 80 70 60 50
Füller Bolomey
40 30 20 10 0 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 Velikost ok normové sady sít [mm]
16
Vysokohodnotný beton ‐ HPC Granulometrie kameniva Soutěsky
Celkové propady [%]
Kamenivo
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Velikost ok síta [mm] 0/4
4/8
8/16
Vysokohodnotný beton ‐ HPC Návrh ideální granulometrie kameniva Soutěsky Celkové propady [%]
Kamenivo
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Velikost ok síta [mm] směs
Bolomey
Vysokohodnotný beton ‐ HPC Máme HPC, ale má to nevýhody
◦ Absence norem ◦ Technologie méně prověřená časem ◦ Křehkost materiálu ◦ Obvykle vyšší autogenní smršťování ◦ Vyšší cena – orientační ceny složek:
Vysokohodnotný beton ‐ HPC Důvody na straně investora ◦ Snížení objemu použitého materiálu ◦ Zkrácení doby výstavby ◦ Zvětšení podlahové plochy k pronájmu ◦ Vyšší odolnost vůči vlivům prostředí ◦ Estetická kvalita => eliminace povrchových úprav
Vysokohodnotný beton ‐ HPC Důvody na straně architekta ◦ Umožněna větší tvarová rozmanitost ◦ Větší možnosti povrchových úprav ◦ „Odvážnější“ konstrukce
Vila v La Baule, Loire-Atlantique, Francie
Návrh lavičky z DUCTALu
Shawnessy Station, Calgary, Alberta, Kanada. Tloušťka skořepiny 20 mm, rozpon 6 m
Vysokohodnotný beton ‐ HPC Důvody na straně projektanta ◦ Větší variabilita konstrukčních řešení
Footbridge of Peace, Soul, Jižní Korea. Rozpětí oblouku 120 m, vzdálenost žeber cca 2 m. Tloušťka desky 30 mm.
Mýtná brána viaduktu Millau, Francie. Rozměry 98x28 m, plášť segmentů z UHPC 2x10 cm, střed vyplněn polystyrenem (celková výška 20 – 85 cm)
Vysokohodnotný beton ‐ HPC
Vysokohodnotný beton ‐ HPC HPC = High Performance Concrete ◦ HSC = High Strength Concrete ◦ FRC = Fibre Reinforced Concrete ◦ SCC = Self Compacting Concrete ◦ UHPC = Ultra‐High Performance Concrete ◦ UHSC = Ultra‐High Strength Concrete ◦ HDC = High Durability Concrete ◦ ECC = Engineered Cementitious Composite ◦ APC = Advanced Cementitious Composite ◦ RPC = Reactive Powder Concrete ◦ … atd.
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC • Klasický beton do 80 MPa • HPC, HSC 80 – 130 MPa • UHPC do 150 MPa • UHSFRC > 150 MPa
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Drátky • Různé pevnosti drátků 400 až 2800 MPa • Dávkování 40 – 200 kg/m3 • Výhody • Zvýšení tahové pevnosti na 15 MPa • Omezení smršťování • Zvětšení duktility (houževnatost) • Omezení trhlin
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Diagram síla / průhyb
Drátky
35 30
Síla [kN]
25 20 Fibrex
15
Dramix
10 5 0 0
1
2
3
4 5 Průhyb [mm]
6
7
8
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Příměsi – mikrosilika (křemičitý úlet) SiO2 • Stabilní složení • Redukce hydratačního tepla • Vyplňuje mezery mezi zrny cementu • Zvyšuje hutnost • Zlepšuje zpracovatelnost • Prevence proti „krvácení betonu“ • Jemnost mletí 15 000 – 30 000 m2/kg (cement 250 – 400m2/kg)
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Příměsi – mikrosilika (křemičitý úlet) SiO2 • Vstupuje do hydratace cementu (latentně hydraulická přísada SiO2 + Ca(OH)2 + H2O → CSH • Zvětšuje spotřebu vody • Dávkování: max. 10% hmotnosti cementu
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Příměsi – Popílek • Složení podle druhu paliva • Nemusí vstupovat do chemizmu hydratace • Může obsahovat hodně síry => síranová koroze => ettringit • Významná redukce vývoje hydratačního tepla • Napomáhá při alkalicko‐křemičité reakci • Dávkování: max. 30% hmotnosti cementu • Jemnost 200 – 450 m2/kg
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Příměsi – Popílek • Hutnost • Odolnost proti krvácení • Zlepšuje povrch =>pohledový beton • Zlepšení zpracovatelnosti
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Příměsi – Vysokopecní granulovaná struska • Vstupuje do hydratace cementu => pevnost
• SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, MgO, S‐ • Stabilní složení (kontrolováno) •Pomalejší hydratace => snížení počátečních pevností, ale také hydratačního tepla • Dávkování: max. 30% hmotnosti cementu • Jemnost 340 – 420 m2/kg
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Příměsi – Metakaolin • Není odpadní produkt, ale cílový výrobek
• SiO2, Al2O3 • Nejúčinnější lat. Hydraulická přísada =>pevnost • Rychlý nárůst modulu pružnosti • Pozitivní vliv na smršťování • Hutnost • Dávkování: 10% z cementu
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Příměsi – inertní • Složí jako mikrofiller
• Optimalizují křivku zrnitosti • Mohou urychlovat nárůst pevnosti • Mikromletý vápenec • Křemenná moučka • Čedičový prach
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Přísady – plastifikátory
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Přísady – provzdušňovací • Mýdla pryskyřic • Uzavřené póry, rovnoměrně distribuované ve struktuře • Průměr 50 – 300 μm • Mrazuvzdornost • Provzdušnění max. 10% - výrazně klesá pevnost • Dávkování: max. 0,3% cementu
Ultra‐vysokohodnotný beton ‐ UHPC Přísady – Retardéry tuhnutí • Cukry, fosfáty, hydroxylované karboxylové kyseliny • Prodloužení doby zpracovatelnosti • Snížení vývinu hydratačního tepla • Dávkování: max. 1% cementu
Děkuji Vám za pozornost
