Porowatość

1. Pory żelowe- najmniejsze, występują między kryształami(w strukturze krystalicznej), to pustki między produktami hydratacji, rozmiar na poziomie 1-8nm

2. Nieciągłości na styku zaczynu i ziaren kruszywa- powstają bez udziału obciążenia, związane są ze zjawiskami skurczu zaczynu cementowego przy wysychaniu i naprężeniami termicznymi.

3. Otwarta pusta powietrzna- włączona w sieć kapilarną

4. Kanalik kapilarny

5. Pustka powietrzna nie mająca połączenia z siecią kapilarną

6. Pory sedymentacyjne pod ziarnem kruszywa

7. Zarysowania zaczynu cementowego

8. Ziarno kruszywa

Porowatość materiału- wyrażony w procentach stosunek objętości porów w próbce do pozornej objętości tej próbki. Może mieć charakter otwarty/zamknięty.

V_p-objętość porów V_a-objętość absolutna V-objętość pozorna S-szczelność

Powstawanie porów jest skutkiem:

1. Odparowywania wody z mieszanki

2. Reakcji chemicznych

3. Skurczu

*Porowatość mieszanki nie powinna przekraczać 2% *Porowatość stwardniałego betonu to ok 10%

Wpływ porowatości na właściwości: (gdy porowatość rośnie)

1. Gęstość maleje

2. Wilgotność i nasiąkliwość wzrasta

3. Mrozoodporność maleje

4. Wodoszczelność maleje

5. Przepuszczalność cieplna maleje

ODKSZTAŁCALNOŚĆ BETONU

1. Pod obciążeniem doraźnym: -moduł sprężystości -współczynnik odkształcenia poprzecznego (wsp. Poissona)

2. Pod obciążeniem długotrwałym: -pełzanie (rozluźnienie struktury betonu od obciążeń rozciągających/zagęszczenie od ściskających ) -skurcz betonu (ujemna zmiana liniowa przy wysychaniu)

Moduł sprężystości- stosunek różnicy naprężeń do odpowiadającej różnicy przekształceń

Zakres modułu: 20GPa-50GPa

Wykres odkształceń pod pionowym obciążeniem statecznym

Rodzaje modułu sprężystości:

1. Początkowy (dynamiczny)- tg kąta nachylenia stycznej do wykresu przechodzącej przez początek układu współrzędnych

2. Sieczny- tg kąta nachylenia siecznej przechodzącej przez początek układu i punkt A stosowany do praktycznych obliczeń

3. Chwilowy- tg kąta nachylenia stycznej do wykresu w dowolnym jej punkcie

Moduł sprężystości zależy od:

1. Klasy betonu-czyli od wytrzymałości na ściskanie, wzrost wytrzymałości to wzrost modułu.

2. Pochodzenia kruszywa grubego- im wyższy moduł skały, z której pozyskujemy kruszywo tym wyższy moduł betonu

Współczynnik odkształcenia poprzecznego (Poissona) -stosunek odkształceń poprzecznych do odkształceń podłużnych przy osiowym stanie naprężenia; współczynnik jest wielkością bezwymiarową, nie określa sprężystości materiału, a jedynie w jaki sposób się on odkształca

Pełzanie- zjawisko odkształcenia się materiału przy stałej wartości obciążenia, obserwujemy je z wiekiem. (obciążenie rozciągające-rozluźnienie struktury; obciążenie ściskające-zagęszczenie struktury)

Wpływ na szybkość pełzania ma:

1. Porowatość zaczynu- im większa tym większe pełzanie

2. Wzrost wytrzymałości-zmniejsza pełzanie

3. Ilość kruszywa-im większy stosunek objętości kruszywa do objętości betonu tym mniejsze pełzanie

4. Wsp. Sprężystości kruszywa-im większy tym mniejsze pełzanie

5. Przyczepność kruszywa do zaczynu- duża zmniejsza pełzanie

Skurcz- zmniejszenie się objętości przy reakcji cementu z wodą zmiany objętości zależą od składników mineralnych cementu. Największy wpływ na skurcz zaczynu ma W/C im większy W/C tym większy skurcz. Skurcz maleje ze wzrostem współczynnika Sprężystości kruszywa i jego przyczepności do zaczynu.

Ocena jakościowa cementu

1. Rodzaje cementu

   • CEM I - portlandzki

     • Klinkier portlandzki min. 95%

     • Gips jako regulator czasu wiązania

   • CEM II – portlandzki wieloskładnikowy

     • CEM II/A-S lub Q lub D lub P

     • CEM II/B-S lub ilość dodatku: A-6-20%; B 21-35% dodatki: S – żużel wielkopiecowy, D-pył krzemionkowy, L-mączka wapienna

   • CEM III – hutniczy

     • Zawierz klinkier portlandzki i żużel wielkopiecowy

     • 81-95% dodatku

   • CEM IV – pucolanowy

     • Zawiera klinkier, dodatki pucolanowe i żużel wielkopiecowy

     • Ilość dodatku: A – 11-35%; B 36-55%

   • CEM V – wielkoskładnikowy

     • Zawiera popiół lotny krzemionkowy, klinkier, dodatki pucolanowe, żużel wielkopiecowy

2. Klasy cementu

   • 32,5

   • 42,5

   • 52,5 Liczba określa minimalną wytrzymałość na ściskanie badaną po 28 dniach dojrzewania.

3. Podklasy cementu

   • R – wysoka wytrzymałość wczesna

   • N – normalna wytrzymałość wczesna Wytrzymałość badana po 2 dniach dojrzewania (wyjątkiem jest 32,5 tam bada się po 7)

Na wytrzymałość wczesną i normową mają wpływ:

• Skład mineralny klinkieru

• Stopień rozdrobnienia cementu

4. Początek czasu wiązania

   • Dla 32,5 powyżej 75min

   • Dla 42,5 powyżej 60 minut

   • Dla 52,5 powyżej 45min

5. Gęstość cementu

   • W zależności od klasy i rodzaju cementu: 2,9-3,2 g/cm³

6. Powierzchnia właściwa

   • W zależności od klasy i rodzaju: 3000-5000 cm²/g

a)Właściwości mechaniczne.

Wytrzymałość wczesna i normowa. TABELA Z CEMENTU

Ma na nią wpływ.:

-skład mineralny klinkieru.

-stopień rozdrobnienia cementu.

-jakość i ilość dodatków.

-wskaźnik w/c oraz warunki dojrzewania.

Wzrost temperatury powoduje zwiększenie wytrzymałości wczesnej, natomiast wzrost w/c zmniejsza wytrzymałość.

b) właściwości fizyczne

Wodożądność - wynosi zwykle 24-32% i zależy szczególnie od jego składu mineralnego. Wyższy stopień rozdrobnienia cementu oraz podwyższona zawartość celitu zwiększa jego wodożądność. Można regulować wodożądność za pomocą domieszek chemicznych z grupy plastyfikatorów i superplastyfikatorów. Badana aparatem Vicata

Gęstość właściwa i nasypowa - właściwa cementu portlandzkiego 2,9-3,2 g/cm^3. Wyznacza się za pomocą kolby Le Chaterliera albo metodą piknometryczną. Gęstość nasypowa może być w stanie luźnym albo zagęszczonym.

Czas wiązania - regulowany w szerokim zakresie, przez odpowiednio dobrany stopień rozdrobnienia oraz stosowanie różnych regulatorów czasu wiązania, np. gipsu nat. czy synt. czy anhydrytu. Na szybkość wiązania cementu znaczny wpływ wywierają także temperatura i współczynnik w/c.

Stałość objętości. najważniejszą przyczyną nierównomiernych zmian objętości zaczynu cementowego jest hydratacja niezwiązanego CaO i MgO (peryklazu). Z związku z tym zawartość CaO wolnego nie powinna być większa niż 1%, a MgO nie powinna przekraczać 5%.

Stopień rozdrobnienia. Ma bezpośredni wpływ na właściwości użytkowe. Im większy stopień rozdrobnienia, tym większy przyrost wytrzymałości oraz wzrost skurczu i ciepła twardnienia cementu. Oznacza się stosując analizę sitową albo sedymentacyjną.

c) Właściwości chemiczne.

Badania składu obejmują.: straty prażenia, ilość siarczanów, części nierozpuszczalnych w kwasie solnym i węglanie sodu,

Ocena klasy betonu

 PN-EN 206-1

Na podstawie wyników przeprowadzonych badań wytrzymałości na ściskanie próbek betonowych, należy ustalić czy uzyskano klasę betonu zgodną z założeniem do projektowania betonu. Zgodnie z normą procedurę sprawdzającą określamy jako kontrola lub ocena zgodności wytrzymałości na ściskanie, Ocenę przeprowadza Się na próbkach dojrzewających 28 dni.

Podano kryteria zgodności wytrzymałości przy czym „Kryterium 1” dotyczy zbioru (n) niepokrywających się lub pokrywających, kolejnych wyników (f_cm) lub (f_tm), natomiast „Kryterium 2” umożliwia sprawdzanie zgodności pojedynczego wyniku (f_ci) lub (f_ti). Dla każdego przypadku obydwa wymienione wyżej kryteria muszą być spełnione jednocześnie

		Wytrzymałość na ściskanie [N/mm2]		Wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu [N/mm2]
Faza produkcji	Liczba n wyników badania
		Kryterium 1   (średnia z n wyników fcm)	Kryterium 2   (dowolny, pojedynczy wynik fci)	Kryterium 1   (średnia z n wyników ftm)	Kryterium 2   (dowolny, pojedynczy wynik fti)
Początkowa	3	≥fck+ 4	≥fck– 4	≥ftk+ 0,5	≥ftk– 0,5
Ciągła	15	≥fck+ 1,48б	≥fck– 4	≥ftk+ 1,48б	≥ftk– 0,5

fcm- średnia wytrzymałość betonu na ściskanie z „n”wyników badań, MPa

fci- dowolny, pojedynczy wynik wytrzymałości betonu na ściskanie z „n”wyników badń, Mpa

fck- charakterystyczna wytrzymałość betonu na ściskanie, której wartość zależy od klasy

betonu(np. Przyjętej przy projektowaniu), w MPa

Ocena jakościowa kruszywa.

a) gęstość objętościowa.: stosunek masy do objętości ziaren kruszywa (piasek, żwir granit 2,65 kg/dm3, bazalt 2,90-3,10 kg/dm3 wapienie i dolomity 2,70-2,80, kwarcyt 2,65 kg/cm3. Lekkie do 2000kg/m3, zwykłe 2-3000 kg/m3, ciężkie powyżej 3000kg/m3 b) kształt ziaren łamany (ziarna kanciaste, o nieregularnym kształcie), naturalny (ziarna owalne), nieregularność ma wpływ na wzrost wodo żądności. Ziarna płaskie powodują spadek wytrzymałości.

c) tekstura powierzchni łamane ( tekstura szorstka i chropowata np. grysy), naturalne (tekstura gładka), przyczepność zaczynu do ziaren jest większa dla tekstury chropowatej.

d) zawartość pyłów mineralnych (cząstki o śr. 0,063 mm) Pył przy zawilgoceniu tworzy glinę oblepiającą ziarna, co jest niekorzystne, zwiększa się wodo żądność.

e) uziarnienie kruszywo drobne do 2mm średnicy (piasek, piasek łamany), kruszywo grube powyżej 2mm średnicy (żwir, grys, grys z otoczaków do 63mm).

f) wodożądność, oznaczana Wk dm3/kg- określa objętość wody na jednostkę masy kruszywa potrzebną do otoczenia warstewką wody każdego ziarna kruszywa o grubości odpowiadającej projektowej konsystencji. wodożądność wzrasta przy zapyleniu kruszywa. kruszywa drobne mają większy wskaźnik wodożądności od kruszyw grubych.

g) nasiąkliwość. maksymalna ilość wody jaką można wprowadzić. Nasiąkliwość jest tym większa, im większa jest kapilarność, tym samym im większa kapilarność tym mniejsza mrozoodporność. Większość kruszyw posiada nasiąkliwość do jednego procenta.

h) wytrzymałość na miażdżenie. Zazwyczaj dla kruszyw lekkich wynosi 50 kN a dla kruszyw zwykłych i ciężkich 200kN. Wytrzymałość tą bada się na trzech grupach frakcji. 4-8 milimetrów, 8-16 milimetrów, 16-31 i pół milimetra. Skały magmowe i metamorficzne posiadają markę wytrzymałości na miażdżenie rzędu 20, 30, 50. Skały osadowe rzędu 10, 20, 30. Przykładowo dla betonu klasy B30 stosujemy co najmniej kruszywo marki 30.

Hydratacja

• Z celitu powstaje etryngit= trójsiarczanoglinian wapniowy

3CaO*Al₂O₃* 3CaSO₄* 32H₂O

• Z alitu powstają :

portlandyt Ca(OH)₂ – odnosi się do formy krystalicznej powstaje go 3 razy więcej z alitu niż z belitu

faza C-S-H mniej więcej tyle samo powstaje go z alitu i belitu

• Po 1 dniu z Brownmillerytu powstają uwodnione gliniano żelaziany wapniowe

C₄(A,F)H_{13 CZYLI} 4CaO*Al₂O_3*Fe₂O₃*13H₂0

• Z rozpadu etryngitu powstaje monosiarczanoglinian wapniowy

Etapy hydratacji:

1. Do procesu hydratacji pierwsze wchodzą alit i celit i powstają z nich: -portlandyt Ca(OH)₂ -siarczanogliniany wapniowe (blokują dostęp wody do innych faz klinkieru) -siarczanożelaziany wapniowe (blokują dostęp wody do innych faz klinkieru) +gips jako regulator czasu wiązania

2. Powstają pierwsze uwodnione krzemiany wapniowe (Faza C-S-H) w postaci kryształów zaklejających wolne przestrzenie.

3. Nadal powstaje C-S-H i rozpoczyna się włączenie belitu do hydratacji oraz przekształcenie 3-ój siarczanoglinianu wapnia w monosiarczanoglinian wapnia

Produkty hydratacji: etryngit, portlandyt, faza C-S-H, uwodnione gliniany, siarczanogliniany, glinożelaziany wapnia, woda, pory

Typy reakcji kruszywa(alkalia) w jakich kruszywach, zapobieganie

Typy reakcji:

1. alkalia- krzemionka – jest to reakcja między kruszywem zawierającym reaktywną krzemionkę w stosunku do alkaliów: reaktywne formy krzemionki( wapienie krzemionkowe, andezyty, granity) W wyniku reakcji powstaje uwodniony żel który jest odpowiedzialny za wchłanianie wody, potem pęcznieje i rozsadza strukturę

2. alkalia krzemiany - w przypadku skał zawierających fyllitokrzemiany. Mechanizm: powstający produkt zajmuje większą objętość niż substancja, czego efektem jest rozsadzanie struktury od wewnątrz. Dotyczy m.in. szarogłazów i fyllitów.

3.alkalia – węglany

Skały węglanowe- wapienie ( > 50% CaCO₃- grys wapienny) i dolomity( >50 % CaMg(CO₃)₂

reakcja dolmityzacji prowadzi do odsłonienia minerałów ilastych, w pewnych przypadkach także do ekspansji skał. Podatne na nią są wapienie dolomityczne i dolomity wapienne o dużej porowatości oraz zawierające minerały ilaste powyżej 2%

Zapobieganie:

4. Ekwiwalentny tlenek sodu nie pownien przekraczać 0,6% przy stosowaniu kruszyw potencjalnie reaktywnych (niewystarczające w betonach wysokiej wytrzymałości)

5. Gdy jest ryzyko stosować cement niskoalkaliczny

6. Stosować jak najmniej cementu

7. Stosować CEM II lub CEM III (cementy z dodatkami popiołów lotnych, mikrokrzemionki lub hydrauliczne(żużle) albo cement hutniczy)

8. Stosować domieszki chemiczne w postaci superplastyfikatorów

9. Ograniczyć porowatość – stworzyć maksymalnie szczelną strukturę (przez dobór uziarnienia kruszywa – obecność wszystkich frakcji, zmniejszenie nasiąkliwości)

Fazy klinkieru, procesy

Fazy klinkieru:

• C₃A – glinian trójwapniowy (celit) – 3CaO•Al₂O₃, (reaguje 1)

• C₃S – krzemian trójwapniowy (alit) – 3CaO•SiO₂, (reaguje 2 )

• C₄AF – gliniano – żelazian czterowapniowy (brownmilleryt) – 4CaO;Al₂O₃;Fe₂O₃ (reaguje 3)

• C₂S – krzemian dwuwapniowy (belit) – 2CaO•SiO₂, (reaguje 4 )

*alit- przyrosty w początkowym okresie

*belit- do 28dnia ma 5-krotnie niższą wytrzymałość od alitu; przyrosty w dalszym okresie

*celit- najszybciej wchodzi w reakcje,znaczenie w twardnieniu cementu

*brownmileryt-tworzenie kryształów w trzeciej kolejności