Treść eksperta archiwalnego: artykuł zachowuje historyczne twierdzenia, tabele i diagramy dotyczące zaprawy cementowej i betonu, ale nie stanowi projektu mieszanki, specyfikacji materiałów, planu betonowania, obliczeń konstrukcyjnych, przewodnika po testach ani oceny istniejącego elementu. Skład, właściwości, klasa ekspozycji, konsystencja, sposób montażu, pielęgnacja, kontrola jakości i wartości projektowe muszą zostać określone przez odpowiedzialnych ekspertów zgodnie z konkretnym przedmiotem, zadeklarowanymi materiałami i obowiązującymi normami.
Savo Kusić koncentruje się dziś na oknach drewnianych, oknach drewniano-aluminiowych, oknach na wymiar, drzwiach i zapytaniach ofertowych. Artykuł ten pozostaje archiwum historycznym i nie stanowi oferty projektowania, produkcji, testowania ani wykonywania konstrukcji betonowych.
Dane ogólne
Skład zaprawy cementowej lub skład betonu filaru, żelbetowej konstrukcji antresoli, obrobionego elementu betonowego, płyty chodnikowej, łuku mostu lub betonowej drogi z reguły będzie uznawany za zadowalający, jeśli dany element konstrukcyjny zostanie wykonany przy jak najmniejszym nakładzie materiałów i robocizny, tak aby był wystarczająco trwały i odpowiedni do tego celu. To, co należy uznać za trwałe i nadające się do określonego celu, należy określić indywidualnie dla każdego przypadku: dlatego przed rozpoczęciem budowy budynku należy określić, jakie właściwości musi mieć zaprawa i beton pod względem wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na zginanie, odporności na warunki atmosferyczne, wodoszczelności itp. W przepisach budowlanych jest wiele różnych wskazówek, a także wiele ograniczeń numerycznych.
Zadaniem wykonawcy budowy jest dopilnowanie, aby wartości poszczególnych nieruchomości odpowiadały wymaganym wartościom. Jeśli wykorzysta się dostępną obecnie wiedzę, można znacząco wpłynąć na właściwości betonu.
Warunki wytwarzania betonu o jednorodnych właściwościach
Jeżeli wytrzymałość elementu budowlanego na ściskanie po 28 dniach powinna wynosić 40 MPa lub jeżeli dla betonu konstrukcji nawierzchni wymagane jest, aby wytrzymałość na zginanie po 28 dniach wynosiła 4,5 MPa, to w żadnym miejscu nie wolno przekraczać tych wartości granicznych; dolna wartość graniczna może być bliska wartości warunkowej. Jeżeli podczas realizacji obiektu zostaną zachowane węższe ograniczenia, tym lepiej wykonawca wywiąże się ze swojego zadania. Jest to bardzo szkodliwe, jeśli uwarunkowane wartości znacznie odbiegają od pewnych – nawet jeśli tylko kilku – miejsc.
Wartości historyczne i przepisy: Poniższe liczby, proporcje, oznaczenia, procedury pielęgnacji i ograniczenia zostały przeniesione z oryginalnego artykułu w celu zachowania treści. Nie powinny być stosowane jako nowoczesna receptura, kryteria akceptacji lub substytut projektu mieszanki, badań laboratoryjnych, deklaracji materiałowych, planu technologicznego i obowiązujących przepisów.
Wytrzymałość na ściskanie zaprawy cementowej i betonu
Wielkość wytrzymałości na ściskanie w dużej mierze zależy od właściwości cementu, ilości cementu, ilości i składu piasku i kruszywa, ilości wody w betonie podczas montażu, sposobu montażu itp.
Tabela 1. Wpływ ilości kruszywa na tę samą ilość zaprawy.
1. cement
Wytrzymałość na ściskanie zaprawy cementowej i betonu została określona na podstawie wcześniejszych obserwacji i jest określona przepisami.
2. Ilość cementu
Według rys. 1a, wytrzymałość na ściskanie wzrasta wraz ze wzrostem ilości cementu, jeśli proporcja zaprawy w betonie pozostaje taka sama, podczas gdy ilość cementu w zaprawie wzrasta, a konsystencja betonu pozostaje stale niezmieniona. Jeśli ilość zaprawy pozostanie niezmieniona, a zwiększy się lub zmniejszy jedynie ilość kruszywa, wytrzymałość będzie się zmieniać tylko nieznacznie, o ile ilość zaprawy będzie wystarczająca do zmieszczenia wszystkich ziaren kruszywa. Wytrzymałość betonu na ściskanie nie będzie rosła w nieskończoność wraz ze wzrostem ilości cementu - tylko do pewnego limitu. Po tym limicie wzrost wytrzymałości będzie nieznaczny w stosunku do ceny, która będzie znacząco rosła wraz ze wzrostem ilości cementu. Optymalna ilość cementu do betonu 1 m3 to 300-350 kg.
Tabela 2. Wpływ ilości piasku w betonie.
3. Ilość zaprawy w betonie
Wytrzymałość betonu na ściskanie określana jest na podstawie wytrzymałości zaprawy, co potwierdzają tabele 1 i 2. Ma to zastosowanie tylko wtedy, gdy wytrzymałość kruszywa jest większa od wytrzymałości zaprawy i jeżeli ilość zaprawy jest wystarczająca do całkowitego pokrycia grubych ziaren kruszywa.
4. Skład granulometryczny kruszywa
Pełne wykorzystanie spoiwa zostanie osiągnięte, jeżeli skład granulometryczny kruszywa w betonie będzie odpowiadał proporcjom pokazanym graficznie na rysunku 2. Na rysunku 2 w pełni rozciągnięta krzywa dotyczy żwirów rzecznych i pokruszonych. Krzywa ta pokazuje, że 25% całego kruszywa musi przejść przez sito z otworem #0,2mm; 65% musi przejść przez sito o średnicy #3mm. Górną granicę dla kruszywa wyznacza sito o średnicy #7mm.
Dzisiejsze standardy określania składu granulometrycznego kruszyw są inne. Istnieją cztery frakcje zbiorcze: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm i 16/31,5mm. Kategorie kruszywa ustalane są w zależności od ilości ziaren z nadwagą i niedowagą.
Rys. 1.
Rys. 2.
5. Wpływ ilości wody na świeży beton
Wytrzymałość betonu na ściskanie zależy w dużej mierze od ilości dodanej wody. Najmniejszą ilość wody, przy której beton osiąga największą wytrzymałość uzyskuje się wtedy, gdy podczas zagęszczania lub wibrowania betonu pojawią się oznaki wyraźnie zauważalnego „pocenia się”, czyli gdy podczas zagęszczania wytworzy się cienka warstwa mleczka cementowego. Wraz ze wzrostem ilości wody wytrzymałość na ściskanie maleje. W tym przypadku na pierwszym miejscu jest współczynnik wodno-cementowy – stosunek masy wody i masy cementu do 1 m3 betonu. Optymalnym współczynnikiem wodno-cementowym dla osiągnięcia całkowitego uwodnienia jest 0,38 - 0,42. W praktyce jest to trudne do osiągnięcia i wartości te wyznaczane są eksperymentalnie, ale z pewnością do tego zmierzamy. Jeśli ilość wody będzie niewystarczająca, cement nie będzie mógł w pełni uwodnić się, a beton nie osiągnie projektowanej wytrzymałości. Dodanie wody, gdy nie jest potrzebne, również „dusi” beton i nie osiąga jego projektowej wytrzymałości. Po ułożeniu betonu należy o niego regularnie dbać przez kolejne siedem dni. Pielęgnacja polega na spryskiwaniu/podlewaniu powierzchni betonu w celu skompensowania odparowanej wody i umożliwienia hydratacji cementu zgodnie z planem.
6. Wpływ temperatury
Podczas wznoszenia budynków w okresie zimowym beton należy przechowywać w taki sposób, aby nie był narażony na działanie mrozu, zanim stwardnienie nie osiągnie wartości wytrzymałości na ściskanie co najmniej 10 MPa. Jeśli tę procedurę wykonamy bez dalszych ceregieli, niezbędny efekt można osiągnąć przede wszystkim poprzez dodanie środka przeciw zamarzaniu, przyspieszacza itp. Środek przeciw zamarzaniu zapobiega zamarzaniu wody w przygotowanym betonie, a przyspieszacze przyspieszają proces hydratacji, który zimą jest wyjątkowo powolny. Można zastosować także cement glinowy, który szczególnie nadaje się do prac w mrozie, jeśli chodzi o mniejsze budynki. Jeżeli beton w stanie nasyconym wodą jest często narażony na wielokrotne zamrażanie i rozmrażanie (np. w przypadku obiektów hydrotechnicznych), to można spodziewać się zniszczenia, jeśli beton na początku zamarzania będzie miał wytrzymałość na ściskanie mniejszą niż 15 MPa. W przypadku wysokich temperatur powietrza i materiału beton musi być stale wilgotny i chłodny. Obowiązkowe jest również pokrycie świeżej masy betonowej dowolnym materiałem, który zapobiegnie nagrzewaniu się powierzchni betonu. Pod wpływem wysokich temperatur (ponad 50 °C) rozwój wytrzymałości betonu na ściskanie jest nieprzewidywalny, jeśli nie zapewni się odpowiedniej pielęgnacji.
Bezpieczeństwo i wydajność: pył cementowy i świeży beton mogą uszkodzić oczy, skórę i drogi oddechowe, a mieszadła, pompy, wibratory, szalunki, podpory i ciężkie elementy niosą ze sobą dodatkowe ryzyko mechaniczne. Dodatki nie są dodawane samowolnie ani nie są wykorzystywane historyczne odniesienia do zimnej i ciepłej pogody bez zatwierdzonej receptury, kart technicznych, planu betonowania, wyposażenia ochronnego i nadzoru.
Wytrzymałość betonu na rozciąganie
Wytrzymałość betonu na rozciąganie zależy w dużej mierze od wielkości przekroju poprzecznego próbek do badań. Zwiększając przekrój poprzeczny próbek do badań, uzyskano niższą wytrzymałość na rozciąganie. Podczas badania pryzm o przekroju 400 cm2, które wykonano ze zwykłej mieszanki do żelbetu i po około trzech miesiącach starzenia w wilgotnym powietrzu, uzyskano wytrzymałość na rozciąganie około 1,2-2 MPa. Specjalne mieszanki do rur itp. dawały około 4 MPa, a nawet więcej, jeśli grubość próbek odpowiadała grubości stosowanej w praktyce. W przypadku betonu natryskowego (torkret przygotowanego na budowie) uzyskano do 3,6 MPa. Stwierdzono, że wydłużenie betonu do zniszczenia mierzone w milimetrach przy 1m wynosi średnio 0,07-0,13 mm/m.
Wytrzymałość betonu na rozciąganie jest znikoma w porównaniu z jego wytrzymałością na ściskanie. Prawie we wszystkich przypadkach stosuje się żelbet, który posiada zbrojenie zaprojektowane tak, aby przenosić siły rozciągające w elemencie. Uważa się, że beton nie przenosi żadnych naprężeń, dlatego projektanci stoją po stronie bezpieczeństwa. Wytrzymałość betonu na rozciąganie jest dziesięciokrotnie niższa niż wytrzymałość betonu na ściskanie.
Wytrzymałość betonu na rozciąganie podczas zginania
Wytrzymałość na zginanie belek betonowych o przekrojach prostokątnych jest większa niż wytrzymałość na rozciąganie korpusów o tych samych wymiarach. Wynika to przede wszystkim z faktu, że współczynnik wydłużenia betonu rośnie szybciej niż obciążenie, przez co rozkład naprężeń zakładany zwykłą metodą obliczeń nie jest realizowany. W belce narażonej na zginanie największe naprężenia rozciągające występują tylko w płaszczyźnie granicznej naprężonego pasa, a gdy obciążenie znajduje się w środku belki nawet tylko na zewnętrznej krawędzi jednego przekroju.
Wielkość wytrzymałości na zginanie korpusu starego28dni, wykonanych z miękkiego lub płynnego betonu, ustalono na kwotę2-6 MDobrze; belki z betonu zagęszczonego, próbki betonu natryskowego oraz próbki betonu natryskowego, starzone przez kilka miesięcy i przechowywane najpierw w stanie mokrym, a następnie w stanie suchym, dały wyniki wytrzymałości na zginanie3,2 MDobrze. W przypadku talerzy wykonanych z tego samego materiału, które również były trzymane, tj8dni pod wodą, wartość wytrzymałości na zginanie6,3 MDobrze.
Skurcz, pęcznienie i pełzanie betonu
Kurczenie i obrzęk. Pęknięcia skurczowe. Naprężenia skurczowe. Jeżeli elementy betonowe utrzymywane w stanie wilgotnym zostaną poddane suszeniu, schnięcie rozpocznie się na powierzchni i będzie postępować w kierunku wnętrza. Na zewnątrz beton może być prawie suchy na powietrzu, podczas gdy jego rdzeń jest nadal wilgotny. Warstwa sucha ma tendencję do kurczenia się, wilgotny rdzeń nie kurczy się lub kurczy się tylko w niewielkim stopniu. W rezultacie w takim korpusie betonowym na powierzchniach zewnętrznych pojawiają się naprężenia rozciągające, a w rdzeniu naprężenia ściskające.
Jeżeli naprężenia rozciągające przekroczą wytrzymałość betonu na rozciąganie, pojawią się pęknięcia skurczowe, które wnikają głębiej lub płytiej w stronę rdzenia i pojawiają się w miejscach o mniejszej wytrzymałości. W miarę suszenia rdzeń stopniowo się kurczy, a naprężenia rozciągające na powierzchniach zewnętrznych maleją.
Figa.3.
Figa.4.
Wielkość skurczu betonu zależy od rodzaju cementu, ilości cementu, ilości wody podczas przygotowania, od składu granulometrycznego i sprężystości kruszywa kamiennego, a także od wieku, a zwłaszcza od sposobu konserwacji i klimatu, a także w znacznym stopniu od wymiarów elementu betonowego.
Zmiany wzdłużne betonu w słupach i belkach narażonych na długotrwałe obciążenie. Pękanie betonu. Słupy, które przez trzy lata stały pod dopuszczalnym obciążeniem w suchej piwnicy, a wykonane były z betonu o zwykłym składzie, były stale skracane zgodnie z rys. 3 i znacznie więcej niż równych, ale nieobciążonych kolumn. Te odkształcenia, które zachodzą powoli, pokonując stopień skurczu nieobciążonego betonu, nazywane są „pełzaniem”. Stopień pełzania zależy od składu betonu, wielkości i czasu trwania obciążenia, a także od wilgotności betonu. Mokry beton pełza w znacznie mniejszym stopniu niż suchy beton, ryc. 4. Beton suszony przez długi czas bez obciążenia, pod obciążeniem pełza jedynie nieznacznie. Podczas obciążenia rozciągającego pełzanie występuje w podobnym stopniu jak podczas obciążenia ściskającego, rys. 5.
Pękanie betonu, czyli stałe uginanie się betonu pod obciążeniem powoduje zwiększenie udziału zbrojenia w przyjmowaniu obciążenia w żelbecie, co w przypadku silnie zbrojonych słupów może prowadzić do znacznego odciążenia samego betonu.
Rys. 5.
Pęknięcia i odkształcenia: pokazane tendencje skurczu i pełzania nie są wystarczającą podstawą do oceny pęknięć, ugięć, nośności czy trwałości konkretnego obiektu. Istniejąca konstrukcja wymaga oględzin, dokumentacji, pomiarów i obliczeń; w przypadku nowego budownictwa istotne są projekt, właściwości materiału, warunki środowiskowe, kolejność budowy i obowiązujące przepisy.
Odporność na poślizg pomiędzy zbrojeniem a betonem
Pręty zbrojeniowe w konstrukcjach żelbetowych powinny w pełni przyjmować siły rozciągające, gdy podczas rozciągania nośność betonu zostanie przekroczona na skutek skurczu betonu i wpływu sił zewnętrznych. W tym celu konieczne jest, aby zbrojenie mogło przenosić swoje obciążenia na beton poprzez powierzchnie styku z betonem i tak, aby zakotwienie zbrojenia nie uległo zerwaniu pod wpływem dopuszczalnych obciążeń. Zakotwienie zabezpieczają haki na końcach prętów. Istnieją rodzaje prętów zbrojeniowych, a podział odbywa się na podstawie żeber poprzecznych: B500A (pręt gładki), B500B (pręt z żebrami w jednym kierunku) oraz B500C (pręt z żebrami w dwóch kierunkach) kierunki) kierunek).
Warstwa zbrojeniowo-ochronna: Oznaczenia historyczne, opis żeber i sposób zakotwienia nie są podstawą doboru i uszczegółowienia dzisiejszego zbrojenia. Rodzaj stali, średnica, złącze, zakotwienie, zakładka, rozstaw, warstwa ochronna i montaż są określane na podstawie projektu i potwierdzane dokumentacją identyfikowalną oraz kontrolą na placu budowy.
Odporność zaprawy cementowej i betonu na zużycie
Zaprawy wg ryc. 18 są również szczególnie dobrzy pod tym względem; jeśli chodzi o skład granulometryczny, należy zasadniczo przestrzegać podanych powyżej instrukcji dotyczących wytrzymałości na ściskanie. Dodatkowo zalecany jest kamień wykazujący dużą odporność na zużycie i uderzenia. Domieszki, które są bardziej odporne niż dobry twardy kamień, zwiększają odporność betonu na zużycie, jeśli mają odpowiednią wielkość i kształt ziaren. Mokry beton zużywa się szybciej niż suchy beton; wilgoć ułatwia szlifowanie.
Odporność betonu na warunki atmosferyczne
Gdy konieczne jest określenie warunków produkcji betonu odpornego na warunki atmosferyczne, należy przede wszystkim zacząć od doświadczeń zdobytych na wcześniej wykonanych konstrukcjach. Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:
- Jak wybrać kamień? - Często przy wyborze kamienia pojawiają się trudności ze względów ekonomicznych, czy konieczne jest użycie kamienia, który podobnie jak kruszony piasek lub kruszony kamień okaże się płaski i przez to spowoduje słabe zabetonowanie, czy też będzie to kamień o niewystarczającej odporności na działanie czynników atmosferycznych. W związku z tym należy ustalić rygorystyczne wymagania, aby do betonu zewnętrznego stosować wyłącznie kamień o dobrej odporności na warunki atmosferyczne
- Jaka ilość cementu jest potrzebna do betonu? - Na powierzchniach zewnętrznych beton musi być wystarczająco nieprzepuszczalny dla wody. W tym celu można wykorzystać ustalenia dotyczące wpływu składu granulometrycznego betonu na wodoprzepuszczalność i na tej podstawie określić wymaganą ilość cementu. Niektóre optymalne ilości cementu wahają się pomiędzy 300-350 kg na m3 betonu, ale może się to znacznie różnić w zależności od przypadku (zależy to od wielu czynników).
- Do jakiego rodzaju granulacji i do jakich właściwości składu ziarnistego betonu należy dążyć? - To zależy od konkretnego przypadku - kruszywo rzeczne ma korzystniejszy, nierówny skład; kruszywo kruszony może być pod pewnymi względami lepszej jakości, ale ma ostre ziarna, które mogą być szkodliwe w niektórych mieszankach betonowych.
- Jaka wytrzymałość betonu jest wymagana? - Odpowiedź na to pytanie jest znacznie trudniejsza niż te, które zostały już omówione. Dlatego wszystkie dotychczasowe propozycje odnoszą się do ograniczonych możliwości. Aby rozwiązać ten problem przeprowadzono szereg badań, które wykazały jaką wytrzymałość powinien mieć beton, aby przez długi czas pozostawał odporny na cykliczne zamrażanie i rozmrażanie. Stwierdzono, że beton przed wielokrotnym narażeniem na zamrażanie i rozmrażanie powinien wykazywać wytrzymałość na ściskanie co najmniej 15 MPa. Jeśli beton jest obrabiany od zewnątrz, potrzebna jest większa wytrzymałość; w takim przypadku zaleca się zapewnienie co najmniej 25 MPa.
- Jaka konsystencja betonu jest odpowiednia? - Jeśli chodzi o konsystencję betonu, obecnie panuje przekonanie, że z betonem lanym należy zachować ostrożność, gdyż dzięki dużej zawartości wody ułatwia wydalanie, czego skutki objawiają się tym, że na każdej wylanej warstwie pojawia się mniej lub bardziej wyraźna warstwa drobnoziarnistej i zasobnej w wodę zaprawy. Zaprawa ta ma mniejszą wytrzymałość, większą zdolność wchłaniania wody itp.
- W jakim stopniu należy brać pod uwagę kształt przedmiotu? - Jeśli na przykład powierzchnia zewnętrzna jest stopniowana, na znacznej części betonu zatrzyma się więcej śniegu i lodu niż w przypadku ściany o gładkich powierzchniach. Moczenie może trwać długo, dlatego zamrażanie i rozmrażanie w stanie mokrym jest częstsze. Celem jest jak najszybsze utrzymanie śniegu, lodu i gruzu na budynku.
W przypadku obróbki betonu od zewnątrz należy pamiętać, że w efekcie z reguły zwiększa się przepuszczalność wody i duże kawałki kruszywa zalegającego na powierzchni są rozbijane narzędziem do kamienia. Jeżeli impregnowany beton zawiera zbrojenie, należy zachować szczególną ostrożność, aby w wystarczającym stopniu zachować działanie ochronne betonu (warstwa ochronna) na zbrojenie. Wnikaniu wody w beton można w pewnym stopniu zapobiec poprzez powłoki/dodatki.
Trwałość nie jest określona jedną wartością: narażenie na wodę, mróz, sole, zużycie i działanie chemiczne wymaga skoordynowanego doboru materiałów, zaprojektowanej warstwy ochronnej, kontrolowanego montażu i pielęgnacji, rozwiązanego drenażu, regularnych przeglądów i konserwacji. Sama powłoka lub dodatek nie jest w stanie zrekompensować nieprawidłowego składu, złego montażu, pęknięć, niewystarczającej warstwy ochronnej lub nierozwiązanego zatrzymywania wody.