Ochrona zbrojenia przed korozją
Zgodnie z obecnymi Eurokodami określona jest minimalna grubość otuliny betonowej (cnom). Grubość takiej otuliny betonowej to najmniejsza odległość od zewnętrznej powierzchni elementu żelbetowego do pierwszego zbrojenia. W elementach liniowych jest to strzemiono, a w elementach powierzchniowych jest to dolne zbrojenie podłużne. Nominalną otulinę definiuje się jako: cnom = cmin + Δcdev
cmin jest minimalną wymaganą otuliną ochronną, której wartość zależy od warunków przyczepności betonu i zbrojenia, warunków środowiskowych, powłoki na zbrojeniu itd. Δcdev jest wartością oznaczającą odchyłkę wykonawczą. W zależności od klasy ekspozycji elementu żelbetowego występują różne wartości nominalnej otuliny ochronnej; najczęściej mieści się ona od 2,5 cm do 3,5 cm. Dla fundamentów przyjmuje się, że wynosi 5cm.
Zachowanie zaprawy cementowej i betonu przy częstym ogrzewaniu i chłodzeniu
Wytrzymałość świeżego betonu można szybko zwiększyć przez stopniowe ogrzewanie parą lub przetrzymywanie w stopniowo ogrzewanej wodzie, a następnie powolne chłodzenie. W ten sposób po jednodniowym procesie uzyskuje się wytrzymałości, do których w zwykłym procesie dochodzi się po kilku tygodniach. Stopień skuteczności zależy od cementu i rodzaju kruszywa, przy czym jednak z chudym betonem osiąga się znacznie lepsze wyniki niż z tłustym betonem.
Jeżeli ogrzewanie i chłodzenie odbywają się w szerokich granicach, w elemencie betonowym wystąpią znaczne naprężenia, jeśli ogrzewanie i chłodzenie są przeprowadzane szybko. W takim przypadku, a zwłaszcza przy częstym powtarzaniu, należy liczyć się z powstawaniem rys, które przenikają z zewnątrz do wnętrza, wpływając na właściwości mechaniczne betonu. Różne cementy zachowują się przy tym odmiennie, dlatego do praktycznego zastosowania zaleca się staranny dobór cementu.
Przenikalność cieplna betonu
Współczynnik przewodności cieplnej betonu zależy od właściwości kruszywa i cementu, od ilości cementu, ilości wody zarobowej, wilgotności betonu, a także od wysokości temperatury. Badaniami płyt 10 cm grubości i z bardzo wysuszonego betonu ustalono, że współczynnik przewodności cieplnej λ wynosi 1,163 W/mK przy 10 oC, a w przypadku płyt z betonu leżącego w wodzie wynosi do 2,326 W/mK. Grubsze płyty dawały większe współczynniki przewodności cieplnej; największa wartość wynosiła 2,38 W/mK.
Rozszerzanie się betonu pod wpływem ciepła
Rozszerzalność w dużej mierze zależy od kruszywa, następnie od wilgotności betonu, a także od samego cementu. Dotychczas znane wartości graniczne przy 0 do 40 oC wynoszą około 6 do 13*10-6 m/m na każdy stopień.
Odporność na częste obciążanie
1. Wytrzymałość na ściskanie przy zmęczeniu. Pojęcie wytrzymałości zmęczeniowej użyte jest tu w znaczeniu ogólnym; do zastosowań technicznych należy zawsze podać wytrzymałość zmęczeniową (ściskanie, rozciąganie, naprzemienne ściskanie i rozciąganie, zginanie, ścinanie, czyste ścinanie, wyboczenie) oraz sposób obciążania (tylko spokojne, tylko częste, częściowo spokojne i częściowo stojące).
Wytrzymałość na ściskanie przy zmęczeniu wskutek stałego obciążenia: należy oczekiwać, że odporność na długotrwałe obciążenie wyniesie co najmniej ¾ wytrzymałości występującej przy zwykłej próbie ściskania.
Wytrzymałość na ściskanie przy zmęczeniu wskutek częstych obciążeń (podstawowa wytrzymałość dynamiczna): podstawowa dynamiczna wytrzymałość na ściskanie słupów betonowych o różnym składzie, a zwłaszcza z różnymi ilościami cementu i z różnymi uziarnieniami, wykazała, że wynosi ona co najmniej 0,5 wytrzymałości pryzmy przy zwykłym obciążeniu do zniszczenia. Przy tym wykonywano 260 cykli obciążenia na minutę; łączna liczba cykli, dla których określano tę podstawową wytrzymałość dynamiczną, wynosiła dwa miliony. Wraz ze zwiększeniem liczby cykli na minutę (badano od 10 do 450 cykli na minutę), wzrosła również liczba powtórzeń prowadzących do zniszczenia.
Wytrzymałość na ściskanie przy zmęczeniu wskutek jednoczesnego działania obciążeń spokojnych i częstych: Gdy do obciążeń częstych dodano obciążenia spokojne, wraz ze wzrostem obciążeń spokojnych malały wartości amplitud obciążeń częstych, które poza tym były powtarzane dwa miliony razy. Na przykład rys. 1 pokazuje, że amplitudy obciążeń częstych S wynosiły:
- przy obciążeniu spokojnym dla σu = 6 kg/cm2 S = 109 kg/cm2
- przy obciążeniu spokojnym dla σu = 118 kg/cm2 S = 39 kg/cm2
- przy obciążeniu spokojnym dla σu = 157 kg/cm2 S = 8 kg/cm2
Rys. 1
Rys. 2
2. Wytrzymałość betonu na zginanie przy zmęczeniu. Badania przedstawione na rys. 2 dla belek stale utrzymywanych w stanie wilgotnym wykazały przy podstawowym obciążeniu dynamicznym, że wytrzymałość na zginanie przy zmęczeniu wynosi 28 kg/cm2, podczas gdy zwykła wytrzymałość na zginanie wynosiła 53 kg/cm2, co odpowiada stosunkowi 0,53.
Lekki beton
Beton lekki (beton o ciężarze poniżej 18 kN/m3) otrzymuje się przez zastosowanie lekkich, porowatych kruszyw, takich jak: pumeks, żużel wielkopiecowy, żużel kotłowy, a ponadto przez zastosowanie zaprawy z piasku naturalnego lub sztucznego oraz mączki z domieszkami, które podczas przygotowania zaprawy wydzielają gazy (beton gazowy) albo wywołują w zaprawie spienienie (beton piankowy).
Beton lekki jest między innymi szeroko stosowany do wytwarzania bloczków murarskich i płyt pumeksowych na ściany i dachy; w stanie suchym jest słabym przewodnikiem ciepła; wytrzymałość jest umiarkowana, ale łatwo się ją reguluje, dzięki czemu można z powodzeniem wytwarzać lekkie bloczki na ściany nośne budynków mieszkalnych.
Jako środek powodujący wydzielanie gazu w betonie komórkowym stosuje się proszek aluminiowy. W zależności od ilości domieszek oraz innych warunków otrzymuje się materiał mniej lub bardziej porowaty, o ciężarze w stanie suchym około 3 kN/m3 i więcej.
1. Ciężar objętościowy betonu lekkiego. W przypadku naturalnego pumeksu można zagwarantować ciężary objętościowe – przy założeniu stanu wysuszonego do 105 °C – od 7 kN/m3 wzwyż, przy wytrzymałości na ściskanie 2 MPa. Oczekiwany ciężar objętościowy wynosi w przybliżeniu sumę objętości kruszywa i cementu w stanie nasypowym. Beton komórkowy o ciężarach objętościowych powyżej 8 kN/m3 jest z reguły technicznie nieprzydatny.
2. Wytrzymałość na ściskanie lekkiego betonu. Dla betonu nasypowego bez szczególnych środków można osiągnąć wytrzymałość 8 MPa, a z żwirem nawet do 12 MPa. Konieczne są stałe badania przydatności. Beton porowaty (beton komórkowy i beton pianowy) nadaje się do ścian nośnych dopiero po stwardnieniu pod ciśnieniem pary. Przy odpowiednich surowcach można zapewnić ciężary objętościowe od 6 kN/m3 i wytrzymałość na ściskanie od 5 MPa.
3. Wytrzymałość na zginanie lekkiego betonu. Stosunek między wytrzymałością na zginanie a wytrzymałością na ściskanie okazał się w granicach praktycznych potrzeb stosunkowo duży, a w miarę wzrostu wytrzymałości stosunek ten maleje.
4. Stopień skurczu lekkiego betonu. Stopień skurczu zależy głównie od sprężystości kruszywa, a także od ilości składników stwardniałego cementu; skurcz lekkiego betonu jest większy niż skurcz betonu żwirowego. Beton z kruszonej cegły wykazał w ciągu jednego roku całkowity stopień skurczu około 0,65 mm/m. Świeżo dostarczone elementy z naturalnego pumeksu skróciły się za 14 m miesięcy o około 0,8 mm/m. Próbki z betonu komórkowego i betonu piankowego, które twardniały na powietrzu, wykazały jeszcze znacznie większe skurcze, nawet ponad 2 mm/m. Nie należy zapominać, że każdy beton podczas nawilżania deszczem i topniejącym śniegiem pęcznieje, a przy późniejszym wysychaniu znów się kurczy.
Rys. 3
5. Współczynnik przewodnictwa cieplnego. Współczynnik przewodnictwa cieplnego maleje wraz z ciężarem objętościowym i przy innych równych warunkach staje się tym mniejszy, im mniejsze i bardziej równomiernie rozmieszczone są jego pory powietrzne. Dla powietrznie suchego betonu nasypowego wynosiło (λ = 0,4625 dla 9 kN/m3; λ = 0,58 – 0,7 dla 12 kN/m3; λ = 0,81 – 1,05 dla 16 kN/m3). Dla powietrznie suchego betonu komórkowego dane podaje rys. 3.
UWAGA:
- 0,1 kcal/mhoC = 0,1163 W/mK
- 0,1 kg/dm3 = 100 kg/m3 = 1 kN/m3