Beton. Be - ton je složkový (kompozitový) materiál

Transkript

1 Fakulta stavební VŠB TUO Be - ton je složkový (kompozitový) materiál Prvky betonových konstrukcí vlastnosti materiálů, pracovní diagramy, spolupůsobení betonu a výztuže Nejznámějším míchaným nápojem je tzv. obsahující jako hlavní složky Becherovku a tonic. (šumivý chininový nápoj) je umělý slepenec. Používá se převážně ve stavebnictví. je tvořen pojivem a plnivem s vodou a přísadami. Nejčastější forma je tzv. cementový beton (CB), kde je pojivem cement a plnivem kamenivo; dalším materiálem pro výrobu je voda. Kromě CB známe ještě asfaltový beton (AB), což je materiál, ze kterého jsou vyráběny asfaltové vozovky. je možno definovat jako pevnou ale křehkou stavební látku, neschopnou větších deformací. Při dlouhodobém zatížení vykazuje pružně plastické vlastnosti, při rychlém zataženi na mez pevnosti vykazuje křehký lom. odolává výborně tlaku, ale má malou únosnost v tahu a ve smyku!!! 1

2 Během hydratace a tvrdnutí probíhají v betonu fyzikální a chemické procesy, při kterých beton získává mechanickou pevnost a odolnost a vytváří se chemická stabilita v materiálu. Prostý beton je odolný vůči namáhání tlakem, naproti tomu snese pouze malé tahové zatížení. Proto se beton kombinuje s železnou výztuží vzniká železobeton. Jako výztuž se používají i kabely, které se napnou a vnáší do betonu tlak předpjatý beton. Další možností je přidat různá vlákna, drátky apod., vzniká vláknobeton či drátkobeton. s malými vzduchovými bublinkami se nazývá pórobeton. v kombinaci se skleněnými tvarovkami, tzv. luxferami, tvoří sklobeton'. Budeme-li hovořit o betonu, pak půjde vždy o beton hutný, z přírodního hutného kameniva, jehož pojivem je vždy cement a jeho objemová hmotnost ρ = 2200 až 2500 kg/m 3. je zásadité povahy (silná zásada), proto v něm nemohou probíhat kyselé reakce je univerzálním stavebním materiálem, používá se jak na nosné konstrukce (skelety), tak na výrobu panelů; v dopravním stavitelství je beton hlavním materiálem pro výstavbu mostů, vozovek dálnic; v podzemním stavitelství se beton používá jako dočasná i trvalá výstroj. Pevnost betonu závisí především na vlastnostech cementu, dalšími ovlivňujícími faktory jsou vlastnosti vody a kameniva. y se označují značkou C následovanou dvěma čísly - krychelnou a válcovou pevností (různé metodiky měření pevnosti), např. C16/20. 2

3 Z hlediska navrhování betonových konstrukcí je jeho nejvýznamnější vlastností pevnost. Pevností míníme napětí, při kterém se materiál poruší. V prostoru je stav napjatosti definován šesti složkami napětí. Proto je třeba vždy definovat o jaké napětí se jedná a jakým způsobem byla ta či ona pevnost experimentálně stanovena. U betonu rozeznáváme jako základní pevnost v tlaku a pevnost v tahu. Pevnost betonu v tlaku je označena pomocí tříd pevnosti betonu v tlaku, které odpovídají charakteristické (5%) válcové pevnosti f ck nebo krychelné pevnosti f ck,cube podle EN Třídy pevnosti v této normě vycházejí z charakteristické válcové pevnosti betonu f ck stanovené ve stáří 28 dní, s maximální hodnotou C max. Concrete f ck /f ck,cube C20/2525 Pevnost betonu v tlaku ve stáří t závisí na druhu cementu, teplotě a podmínkách ošetřování. Pro průměrnou teplotu 20 C a ošetřování podle EN12390 lze pevnost betonu v tlaku v různých časech t stanovit ze vztahů 28 f cm (t) = β cc (t) f cm βcc ( t ) = exp s 1 t kde f cm (t) je střední hodnota pevnosti betonu v tlaku ve stáří t dní; f cm střední hodnota pevnosti betonu v tlaku ve stáří 28 dní podle tabulky pevností betonu β cc (t) součinitel závisící na stáří betonu t; t stáří betonu ve dnech; s koeficient závisící na druhu cementu 1/ 2 3

4 -materiálové charakteristiky -materiálové charakteristiky Pracovní diagram betonu v tlaku pro stanovení (výpočet) účinků zatížení při krátkodobém jednoosém zatížení lze v oblasti 0<ε c <ε c1 popsat vztahem: 2 σ c kη η = 1+ ( k 2) η f cm -materiálové charakteristiky Při navrhování příčných průřezů v mezním stavu únosnosti mohou být použity následující pracovní diagramy betonu: a)parabolicko rektangulární b)bilineární c)lineární ε c η = ε c1 c k 1 1, 1 = ε f cm E cm 4

5 -materiálové charakteristiky -materiálové charakteristiky Při navrhování příčných průřezů v mezním stavu únosnosti mohou být použity následující pracovní diagramy betonu: a)parabolicko rektangulární b)bilineární c)lineární Při navrhování příčných průřezů v mezním stavu únosnosti mohou být použity následující pracovní diagramy betonu: a)parabolicko rektangulární b)bilineární c)lineární -materiálové charakteristiky -materiálové charakteristiky reologie význam slova? obor zabývající se chováním látek při deformaci Pružné deformace betonu velkou měrou závisí na jeho složení Poissonův součinitel lze uvažovat hodnotou 0,2 pro beton neporušený trhlinami a hodnotou 0 pro beton s trhlinami. 5

6 Chování betonářské výztuže je stanoveno následujícími vlastnostmi: 1. mezí kluzu (f yk nebo f 0,2k ); 2. maximální skutečnou mezí kluzu (f y,max ); 3. pevností v tahu (f t ); 4. duktilitou (ε uk a f t / fyk ); 5. ohýbatelností; 6. charakteristikami soudržnosti f R 7. rozměry průřezu a tolerancemi; 8. únavovou pevností; 9. svařitelností; 10.smykovou a svarovou pevností u svařovaných sítí a příhradovin. Slovo: duktilita Význam: tažnost, tvárnost Pracovní diagram ukazuje závislost mezi napětím a přetvořením vzorku výztuže, která se zjišťuje při trhací zkoušce. Do meze úměrnosti platí zhruba Hookův zákon, tzn. σ s = ε s.e s, kde σ s je napětí v betonářské výztuži, ε s poměrné přetvoření výztuže a konstantou úměrnosti je zde modul pružnosti výztuže E s. Ocel s přirozenou mezí kluzu se může tvářet za studena. Vyvodí-li se ve výztuži nejprve napětí σ s1 >> σ sy a pak se prut odlehčí, chová se při opakovaném zatěžování jako lineárně pružný téměř do napětí σ s1. Při tváření za studena se zvyšuje i pevnost, ale snižuje tažnost. Ocel tvářená za studena ztrácí přirozenou mez kluzu a proto je třeba stanovit tzv. mez 0,2. Tím se míní napětí, při kterém je poměrné plastické protažení rovno 0,2%. 6

7 7

8 8

9 9

10 Materiálové charakteristiky Materiálové charakteristiky Aby se na přijatelnou míru snížila pravděpodobnost překročení mezního stavu únosnosti, tj. pravděpodobnost zřícení nebo porušení nosné konstrukce, užije se dvojího opatření: Úpravy se provádějí dílčími součiniteli spolehlivosti γ. Metodika výpočtu dle EC se zavádí v EU, ale některé číselné hodnoty se volí v každé zemi individuálně Národní aplikační dokument (součást každého EC). Do výpočtu se zavádějí vyšší hodnoty zatížení než jsou maximální hodnoty, které lze na základě zkušeností a statistického vyhodnocení očekávat Pevnost materiálu se naopak snižuje z garantovaných nominálních hodnot. Materiálové charakteristiky Pevnost materiálu se rozlišuje charakteristická (normová) f k a návrhová (výpočtová) f d (design). f d = γ γ M... součinitel spolehlivosti pro základní materiál f k M Materiálové charakteristiky Pro beton tedy : ck f cd = γ c Označení třídy betonu je písmenem C (concrete) a poměrem charakteristických 28 denních pevností v tlaku a to válcové pevnosti f ck a krychelné f ck,cube. Charakteristiky jsou uvedeny v tabulce f c f cd f ck f cm f ctk f ctm pevnost betonu v tlaku návrhová pevnost betonu v tlaku charakteristická válcová pevnost betonu v tlaku ve stáří 28 dní střední hodnota válcové pevnosti betonu v tlaku charakteristická pevnost betonu v dostředném tahu střední hodnota pevnosti betonu v dostředném tahu f 10

11 Materiálové charakteristiky Platnost zásad Výrobní hledisko Kombinace zatížení Dílčí součinitel γ pro materiál: beton betonářská výztuž Základní γ c = 1,50 γ s = 1,15 mimořádná γ c = 1,20 γ s = 1,00 Monolitická konstrukce je ta, která je provedena-vybetonována v místě svého stálého statického působení. Zásada Fakulta stavební VŠB TUO Děkuji za pozornost 11