Beton

Beton– materiał powstały ze zmieszania cementu, kruszywa grubego i drobnego, wody oraz ewentualnych domieszek i dodatków, który uzyskuje swoje właściwości w wyniku hydratacji cementu. Jest jednym z najbardziej powszechnych materiałów budowlanych we współczesnym budownictwie.

Beton (zwykły) powstaje w wyniku wiązania i stwardnienia mieszanki betonowej. Mieszanka betonowa to mieszanina spoiwa (cement), kruszywa, wody i ewentualnych dodatków (powyżej 5% w stosunku do masy spoiwa) i domieszek (poniżej 5% w stosunku do masy spoiwa).

Kruszywa mogą być naturalne: grube (żwir), drobne (piasek o frakcjach do 2 mm) lub sztuczne (np. keramzyt). Dodatki i domieszki poprawiają właściwości mieszanek betonowych i betonów, np. zwiększają urabialność, opóźniają proces wiązania, zwiększają mrozoodporność, wodoszczelność itd.

Nie wolno stosować wody morskiej (zasolonej), mineralnej i zanieczyszczonej (np. ściekowej, rzecznej). Bez wykonywania badań można stosować wodę wodociągową. Skład mieszanki betonowej dobiera się na podstawie analiz laboratoryjnych i obliczeń (receptura betonu), tak aby otrzymać beton

o oczekiwanej wytrzymałości, odporności na działanie czynników zewnętrznych (np. o odpowiedniej ścieralności, wodoszczelności, kwasoodporności, żaroodporności, izolacyjności cieplnej)

Rodzaje betonu

tabela_beton1

Tabela: klasy wytrzymałości na ściskanie betonu ciężkiego i normalnego

beton ciężki– o ciężarze objętościowym większym niż 2600 kg/m³, wykonywane z zastosowaniem specjalnych kruszyw (np. barytowych), stosowane jako osłony biologiczne dla osłabienia promieniowania jonizującego;

beton zwykły:

  • o ciężarze objętościowym od 2200 do 2600 kg/m³, wykonywane z zastosowaniem kruszyw naturalnych i łamanych (piasek + żwir lub piasek + np. kamień bazaltowy) stosowane do wykonywania elementów konstrukcyjnych betonowych i żelbetowych,
  • o ciężarze objętościowym od 2000 do 2200 kg/m³, wykonywane z zastosowaniem kruszyw porowatych (np. keramzyt) – do wykonywania elementów o podwyższonej izolacyjności cieplnej np. ścian osłonowych, pustaków ściennych i stropowych;

beton lekki– o ciężarze objętościowym do 2000 kg/m³, wykonywane z zastosowaniem lekkich kruszyw oraz betony komórkowe. Betony komórkowe wytwarza się z cementu, piasku, wody i środka pianotwórczego. Betony lekkie stosuje się do wykonywania elementów ściennych i stropowych średniowymiarowych (płyty ścienne i stropowe) i drobnowymiarowych (np. bloczki ścienne, prefabrykowane nadproża).

KONSYSTENCJA (ciekłość).

Przyjmuje się ją zamawiając beton towarowy lub przystępując do projektowania betonu w zależności od:

  • stopnia skomplikowania przekroju (dla przekrojów cienkościennych, o skomplikowanym kształcie mieszanki bardziej ciekłe);
  • od gęstości zbrojenia (przy dużym zagęszczeniu prętów bardziej ciekłe);
  • od przyjętego sposobu zagęszczania.

Dla betonów wytwarzanych bez domieszek upłynniających ciekłość mieszanki zwiększa się przez dodanie wody (rzadko wody i cementu), co jest najgorszym sposobem regulacji konsystencji, gdyż zwiększenie ilości wody obniża wytrzymałość betonu, zwiększa skurcz i nasiąkliwość. Dla otrzymania betonu o wysokiej jakości należy dobierać konsystencje mieszanki jak najbardziej suche, ale jeszcze takie, które można prawidłowo zagęścić dostępnym sprzętem. Przy zastosowaniu mieszanki zbyt suchej do zagęszczenia, spadki wytrzymałości i trwałości betonu będą znacznie większe, niż dla mieszanek zbyt ciekłych. Najlepszym sposobem regulacji konsystencji mieszanki jest dodanie niewielkich ilości superplastyfikatorów. Podwyższenie konsystencji uzyskuje się najczęściej przez dodanie piasku (o dużej wodożądności).

tabela_beton2

Tabela: klasy konsystencji wg. metody opadu stożka

STOSUNEK W/C (lub C/W)

Od W/C zależy nasiąkliwość i mrozoodporność betonu oraz odporność korozyjna, bo odparowujący z mieszanki nadmiar wody pozostawia kapilary.

Od stosunku W/C zależy skurcz fizyczny betonu spowodowany wysychaniem (skurcz fizyczny stanowi 2/3 całego skurczu). Od stosunku W/C zależy wytrzymałość betonu. Możliwy do uzyskania stosunek W/C zależy od wodożądności kruszywa – obniżając wodożądność (np.: stosując grube piaski) można zmniejszyć ilość wody w mieszance i obniżyć W/C. Obniżkę stosunku W/C jest najłatwiej uzyskać przez stosowanie plastyfikatorów lub superplastyfikatorów.

URABIALNOŚĆ

Mieszanka jest dobrze urabialna, jeżeli łatwo wypełnia skomplikowane kształty (bez dużego nakładu pracy na zagęszczanie) i gdy nie ulega rozsegregowaniu.

Zwiększenie ciekłości mieszanki (obniżenie konsystencji) poprawia łatwość układania i zagęszczania, ale zwiększa tendencję do rozsegregowania. Łatwość układania zależy od ilości zaprawy (cząstek o wymiarach do 2 mm, tj. cementu, piasku i wody) w mieszance. Zaprawa stanowi rodzaj „smaru” umożliwiającego przesuwanie się ziaren kruszywa grubego. Im więcej zaprawy, tym lepsza urabialność. Ilość zaprawy w mieszance nie może być też za duża, gdyż ze wzrostem ilości zaprawy maleje moduł sprężystości betonu (beton staje się nadmiernie odkształcalny), rośnie skurcz przy wiązaniu i wzrasta nasiąkliwość. Ilość zaprawy musi być tym większa, im drobniejsze jest kruszywo w betonie (bo mniejsze ziarna mają większą powierzchnię właściwą) oraz im bardziej skomplikowany kształt ma element. Kruszywa łamane i piaski kopalne dają mieszanki o gorszej urabialności, niż kruszywa otoczakowe. W dobrym betonie zaprawa powinna zajmować około 50% objętości (500 l/m3) i kruszywo grube około 50%. Ilość zaprawy w mieszance wylicza się z wzoru:

formula_beton

gdzie:

Z– objętość zaprawy w l/m3,

F– ilość piasku (do 2 mm) w kg/m3,

VF– gęstość piasku w kg/l (dla kwarcowego 2,65 kg/l),

C– ilość cementu w mieszance w kg/m3,

Vc– gęstość cementu równa 3,1 kg/l,

W– objętość wody w litrach.

Zalecane ilości zaprawy wynoszą:

  • dla mieszanek na kruszywie do 32 mm (konstrukcje o najmniejszym wymiarze przekroju 6 ¸ do 50 cm) od 450 do 550 l/m3;
  • dla mieszanek na kruszywie do 16 mm (konstrukcje cienkościenne, o grubości poniżej 6 cm) od 500 do 550 l/m3 (a nawet do 600 l/m3);

WODA ZAROBOWA

Woda w mieszance betonowej jest potrzebna do hydratacji cementu (w ilości około 24% masy cementu) oraz do upłynnienia mieszanki.

 Do betonu nadaje się woda pitna nie zmineralizowana, spełniająca następujące wymagania:

  • sucha pozostałość poniżej 1500 mg/l;
  • zawartość siarczanów poniżej 600 mg/l;
  • pH powyżej 4;
  • zawartość cukrów poniżej 500 mg/l;
  • zawartość chlorków poniżej 400 mg/l.

CEMENT

Cement jest to spoiwo hydrauliczne, tj. drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą daje zaczyn, wiążący i twardniejący w wyniku reakcji i procesów hydratacji, który po stwardnieniu pozostaje wytrzymały i trwały także pod wodą.

Cement jest podstawowym materiałem we wszystkich rodzajach budownictwa. Stosowany jest: w postaci zaprawy do łączenia elementów, jako podstawowy składnik mieszanki betonowej, do produkcji betonowych elementów prefabrykowanych, wielkogabarytowych konstrukcji monolitycznych, dachówek, pustaków, itp. Dzięki swoim właściwościom cement jest praktycznie wszechobecny – domy, biurowce, ulice, mosty, zapory, tunele, lotniska drogi, chodniki.

KLASY WYTRZYMAŁOŚCI

W zależności od wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach, oznaczonej zgodnie z PN-EN 196-1, rozróżnia się trzy klasy wytrzymałości cementu (wytrzymałość na ściskanie w N/mm2; 1 Mpa = 1N/mm2):

  • klasa 32,5,
  • klasa 42,5,
  • klasa 52,5.

Te trzy klasy w zależności od wytrzymałości wczesnej cementu, dzielą się na dwie grupy: cement o normalnej wytrzymałości wczesnej(oznaczony symbolem N) :

  • 32,5N,
  • 42,5N,
  • 52,5N.

oraz cement o wysokiej wytrzymałości wczesnej (oznaczony symbolem R):

  • 32,5R,
  • 42,5R,
  • 52,5R [3].

Cementy dzieli się, zgodnie z wytycznymi Komitetu Technicznego 51 Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego (CEN/TC 51), na dwie grupy:

  • cementy powszechnego użytku – bez wskazania szczególnych cech użytkowych,
  • cementy specjalne – wykazujące takie cechy użytkowe, na podstawie których można cement zakwalifikować jako cement do specjalnego zastosowania.

Cementy powszechnego użytku dzielą się na następujące rodzaje:

  • CEM I – cement portlandzki,
  • CEM II – cement portlandzki wieloskładnikowy,
  • CEM III – cement hutniczy,
  • CEM IV – cement pucolanowy,
  • CEM V – cement wieloskładnikowy.

Z uwagi na ilość dodatków mineralnych w ich składzie, cementy mogą dzielić się na odmiany A, B, C .

Rodzaje cementów powszechnego użytku.

Nazwa cementu / Oznaczenie cementu wg PN-EN 197-1 / Zawartość składnika mineralnego1) w składzie cementu [% masy]

Cement portlandzki / CEM I /

Cement portlandzki wieloskładnikowy / CEM II/A2) / 6÷20

Cement portlandzki wieloskładnikowy / CEM II/B / 21÷35

Cement hutniczy / CEM III/A / 36÷65

Cement hutniczy / CEM III/B / 66÷80

Cement hutniczy / CEM III/C / 81÷95

Cement pucolanowy / CCEM IV/A / 11÷35

Cement pucolanowy / CEM IV/B / 36÷55

Cement wieloskładnikowy / CEM V/A / 36÷60

Cement wieloskładnikowy / CEM V/B / 62÷80

PIELĘGNACJA BETONU

Sposób pielęgnacji świeżego betonu poprzez nawilżanie powinien być ustalony dla określonych warunków i pory roku z uwzględnieniem następujących minimalnych okresów nawilżania:

  • 3 dni dla każdego betonu
  • 7 dni dla dużych odkrytych powierzchni (strop), gdy beton jest z cementu portlandzkiego
  • 14 dni dla dużych odkrytych powierzchni (strop), gdy beton jest z cementu hutniczego
  • 14 dni dla betonów wodoszczelnych (np gdy betonujemy basen lub szczelne fundamenty).

Im dłużej utrzymuje się beton w wilgoci, tym jest to korzystniejsze dla wszystkich jego właściwości. W związku z tym najkorzystniej jest utrzymywać duże powierzchnie betonu pod stałą warstwą wody. W zwykłych warunkach polewanie wodą należy rozpocząć w okresie letnim po upływie około 12 godzin

a w okresie chłodniejszym po upływie 24 godzin od zabetonowania. Zaleca się stosować następującą częstotliwość nawilżania:

– przy temperaturze powietrza powyżej +15 stopni C w ciągu dnia przynajmniej co 3 godziny i raz w ciągu nocy

– przy temperaturze powietrza poniżej +15 stopni C nie rzadziej niż 3 razy na dobę

– przy temperaturze powietrza poniżej +5 stopni C można zaprzestać nawilżania betonu wodą.

Dobrym sposobem na utrzymanie wilgoci w betonie w pierwszym okresie jest nakrycie go folią z PCV lub polietylenu. Folię można układać na powierzchni betonu bezpośrednio po jego

zagęszczeniu, zabezpieczając beton w okresie największych strat wilgoci. Zaleca się jednak układanie folii po 3-5 godzinach od zaformowania. Świeży beton należy chronić również przed zbytnim nagrzaniem. Podwyższenie temperatury powyżej +20 stopni C nie jest szkodliwe o ile beton utrzymywany jest w stałej wilgoci. Jednak nagłe polanie zimną wodą silnie rozgrzanego betonu może doprowadzić do pojawienia się rys i spękań. Dlatego w czasie upałów beton należy polewać bardzo często lub po nawilżeniu nakryć go folią bądź brezentem.