BZ1 - TECHNOLOGIE BETONU I

Transkript

1 Přednáška: 1 Strana: 1 BZ1 - TECHNOLOGIE BETONU I Technologie: nauka o zpracování surovin nebo polotovarů na konečný produkt Beton: umělý slepenec, ve kterém je jako plniva použito zpravidla přírodního kameniva a jako pojiva zpravidla cementu Dvojnásobné použití slova zpravidla v definici betonu naznačuje, že pod pojmem beton se skrývá pestrá škála materiálů velice rozmanitých vlastností a užitných hodnot Všem je společné jediné: jsou to hmoty, které jsou vytvářeny jako umělé slepence Významnou vlastností betonu je skutečnost, že se jedná o živý materiál Jeho vlastnosti se v čase mění (viz Graf 1) Při popisu jeho vlastností a chování používáme často pojmů, které jsou běžné v oblasti medicíny Hovoříme o mladém betonu, o procesu stárnutí betonu atp Graf 1: Obvyklá závislost poměrné pevnosti betonu na jeho stáří

2 Přednáška: 1 Strana: 2 Termínu beton je v českém jazyce často používáno jako měřítka něčeho zaručeného, zcela jistého Úsloví jako Vědět něco na beton jsou toho příkladem Vědomí této spolehlivosti vedlo po poměrně dlouhé období k tomu, že pozornost výzkumu byla zaměřena více na dokonalejší využívání schopností betonu v konstrukci než na rozvoj vlastností betonu V poslední době však, zejména díky cílenému výzkumu v oblasti přísad a příměsí, došlo k významnému posunu technických možností betonu Další významnou vlastností betonu je jeho univerzálnost Jak je uvedeno dále, funkce betonu ve stavební konstrukci jsou mnohdy velice odlišné Jedno je však pro beton charakteristické: betonu jsou vyráběna veliká množství a jen velice těžko lze nalézt stavbu nebo konstrukci, při jejímž zhotovení by nebylo betonu použito Hlavní předností betonu je možnost zhotovení betonu respektive betonové konstrukce prakticky kdekoliv a kdykoliv Navíc lze konstrukci navrhnout v prakticky libovolném geometrickém tvaru Výhodou je rovněž relativně jednoduchá technologie jeho výroby Ta dává mnohdy vzniknout falešné představě, že beton je možné vyrobit smícháním prakticky jakéhokoliv množství kameniva, cementu a vody Je pravda, že při uvedeném postupu lze vyrobit hmotu, která je také betonem Je to však obvykle beton špatný a ještě navíc i drahý Další chybnou představou spojenou s betonem je, že péče o beton je ukončena uložením betonové směsi do bednění Také při tomto přístupu lze, ostatně jako při podcenění kterékoliv etapy výroby betonu, tomuto materiálu uškodit Konstrukci samé i betonu samozřejmě škodí i naivní důvěra, že hotová betonová konstrukce je schopna čelit jakémukoliv zatížení, včetně takových, pro jaká nebyla navržena Takovýto přístup je neodvratitelnou příčinou extrémně rychlého stárnutí konstrukce, doprovázeného vznikem mnohdy závažných poruch, odstranitelných jen při vynaložení mimořádných prostředků Další výhodou betonu je jeho recyklovatelnost Betonu z konstrukce, která dosloužila, lze použít jako suroviny pro výrobu hmoty které lze použít jako kameniva do betonu nového Beton můžeme hodnotit z mnoha pohledů Jak z následujícího vyplyne, existuje vlastně mnoho druhů betonů, které se navzájem liší Na tomto základě lze konstatovat, že pokud řekneme o některém z nich pouze základní označení beton, víme bezpečně pouze to, že se jedná o umělý slepenec Ostatní vlastnosti, včetně technologického postupu výroby, se mohou diametrálně odlišovat ÚLOHY TECHNOLOGIE BETONU výběr surovin pro výrobu betonu určení jejich vhodného zastoupení v betonové směsi a v hotovém betonu určení způsobu - dávkování složek, - míchání, - dopravy,

3 Přednáška: 1 Strana: 3 - ukládání, - zpracování směsi v bednění, - ošetřování (včetně optimalizace všech těchto výrobních fází) zkoušení vlastností betonové směsi i zatvrdlého betonu, včetně vyhodnocení jejich jakosti poznání závislostí vlastností na podmínkách a pokus o jejich následné zobecnění HLEDISKA HODNOCENÍ BETONŮ DLE FUNKCE BETONU VE STAVEBNÍ KONSTRUKCI: beton s funkcí nosnou beton s funkcí izolační beton výplňový beton s funkcí jinou beton s funkcí kombinovanou DLE OBJEMOVÉ HMOTNOSTI (HUSTOTY): Beton obyčejný: γ b = kg/m 3 (betony konstrukční, betony výplňové) Beton lehký: γ b < 2000 kg/m 3 (betony izolační, betony s kombinovanou funkcí izolační a nosnou) Betony obsahují buď lehké kamenivo nebo významné množství vzduchových pórů Beton těžký: γ b > 3000 kg/m 3 (betony se speciální funkcí izolační (např izolace proti pronikání rentgenového nebo γ - záření; betony s kombinací nosné a izolační funkce) Betony se vyrábějí ze speciálních druhů přírodního kameniva, zejména z hornin s vysokým obsahem železa DLE ZPŮSOBU VYZTUŽENÍ: Beton prostý (nevyztužený): Dobrá pevnost v tlaku, ale podstatně nižší pevnost tahová (cca 1/10 tlakové), umožňují použití zejména v masivních konstrukcích namáhaných převážně tlakovým účinkem Jeho zásadní nevýhodou je křehký charakter porušení Slabě vyztužený beton: Vyztužený jen malým množstvím výztuže Jeho chování včetně způsobu porušení je shodné s betonem prostým

4 Přednáška: 1 Strana: 4 Beton vyztužený: Beton vyztužený soustředěnou výztuží, tj výztuží v podobě ocelových tyčí Podmínkou její funkce je dostatečná schopnost spolupůsobit s okolním betonem a přebírat od betonu namáhání způsobené zatížením, nebo naopak jisté namáhání do betonu vnášet Tento způsob vyztužení není vlastně vyztužením betonu, ale vyztužením betonového průřezu nebo prvku V průřezu i prvku jsou oba materiály zřetelně separovány a vlastnosti samotného betonu zůstávají prakticky stejné jako betonu nevyztuženého œ œ Napětí ve výztuži vzniká až v důsledku působícího zatížení (tzv výztuž pasivní) - železobeton Jisté napětí je do výztuže vneseno předem, nezávisle na zatížení prvku nebo konstrukce Zatížení poté napětí ve výztuži pouze koriguje (tzv výztuž aktivní) - předpjatý beton Beton vyztužený rozptýlenou výztuží Vyztužení je provedeno pomocí vláken náhodně rozptýlených a náhodně orientovaných ve struktuře betonu Pouze tento druh výztuže mění fyzikálně mechanické vlastnosti betonu Vyztužení obvykle zlepšuje tahovou i tlakovou pevnost betonu a zejména jeho houževnatost Beton vyztužený tuhými ocelovými prvky (válcované profily nebo ocelové trouby) Mimo schopnost spolupůsobit s betonem musí mít výztuž hodnotu tepelné roztažnosti prakticky shodnou s tepelnou roztažností betonu V opačném případě by při zvyšování nebo snižování teploty mohlo docházet k úbytku nebo dokonce vyloučení předpokládaného spolupůsobení obou materiálů DLE HUTNOSTI: Hutný beton: Vzduchové póry zaujímají ve struktuře betonu, ve stadiu čerstvého betonu, objem do 5% Póry jsou v podstatě navzájem odděleny a jejich velikost je různá Přítomnost ve struktuře betonu je důsledkem nedokonalého zpracování Negativně ovlivňují vlastnosti betonu a proto se jejich objem se snažíme minimalizovat Provzdušněný beton: V jejichž struktuře se nacházejí vzduchové póry, které jsou tam vkládány s cílem zlepšit některé vlastnosti betonové směsi nebo betonu (např zpracovatelnost směsi nebo mrazuvzdornost betonu) Jejich velikost je podstatně menší než pórů zmíněných výše a navíc poměrně stejná Rovněž jejich rozložení ve struktuře betonu by mělo být podstatně rovnoměrnější Obvyklý objem pórů se pohybuje mezi 5 a 10% Pórovitý beton: Objem vzduchových pórů přesahuje 10% objemu Betony, ve kterých póry již mají významný vliv nejen na objemovou hmotnost ale i na pevnost Jedna z možností výroby lehkých betonů

5 Přednáška: 1 Strana: 5 Mezerovitý beton: Beton, ve kterém se na místo oddělených a uzavřených pórů vyskytují navzájem propojené mezery Vyrábějí se např s použitím pouze hrubé frakce kameniva Jeho jednotlivé části se obalí filmem z cementové kaše a při zhutnění v bednění se navzájem spojí Podstatná část mezer mezi nimi však zůstane nevyplněna Speciální výplňový beton DLE CHARAKTERU STRUKTURY BETONU: Beton s uzavřenou strukturou: prostředí, ve kterém se beton nachází, přichází do styku pouze s povrchem betonu Beton s otevřenou strukturou: okolní prostředí má možnost přímého kontaktu prakticky s libovolnou vnitřní částí struktury betonu (mezerovitý beton je příkladem betonu s otevřenou strukturou) DLE PODMÍNEK, VE KTERÝCH JE BETON VYRÁBĚN: Beton vyráběný i ukládaný na staveništi: Beton s nejhoršími výrobními podmínkami Na místě kde je beton zhotovován není obvykle možné použít žádné speciální technologie I v těchto podmínkách však lze vyrobit betony vysokých jakostí Podmínkou je vysoká technologická kázeň, garantovaná zejména stálým odborným dohledem Beton vyráběný ve speciální výrobně a ukládaný na staveništi: Výroba ve speciální výrobně umožňuje vysokou přesnost dávkování složek i kontrolu jejich jakosti Lze tudíž využít příměsí nebo přísad, jejichž použití je vázáno na vysokou technologickou kázeň právě při dávkování a míchání směsi Beton vyráběný i ukládaný ve speciální výrobně: Je betonem s nejlepšími výrobními podmínkami, neboť kromě výhod uvedených v předchozím umožňuje použití speciálních postupů zejména při hutnění a ošetřování V těchto podmínkách lze vyrobit betony nejvyšších tříd DLE POUŽITÉHO POJIVA: Betony s cementovým pojivem: Nejčastěji vyráběný druh betonů Výuka předmětu bude prakticky výlučně soustředěna na tento druh betonu Betony z portlandského cementu: Jsou používány tam, kde projektantovi záleží na pevnosti betonu a jejím rychlém nárůstu Jejich nevýhodou je vyšší cena a intenzivní vývin hydratačního tepla v počáteční fázi hydratace Nejsou tudíž vhodné pro realizaci masivních betonových konstrukcí Další nevýhodou těchto betonů je jejich malá odolnost vůči účinkům agresivního prostředí Používají se proto zejména pro realizaci monolitických nosných konstrukcí s výjimkou konstrukcí základových

6 Přednáška: 1 Strana: 6 Betony ze směsných cementů: I při jejich použití lze dosáhnout vysokých hodnot pevností betonu Výhodou je nižší cena, méně intenzivní vývin hydratačního tepla a vyšší odolnost vůči účinkům agresivního prostředí Nevýhodou pozvolnější nárůst pevnosti Betony z jiných cementů: Betony, ve kterých je použito jiných druhů cementu se speciálními vlastnostmi (cementy rozpínavé, cementy síranovzdorné, cementy barevné aj) Speciálním cementem je i cement hlinitanový S jeho použitím lze dosáhnout betony velmi vysokých pevností Také rychlost nárůstu pevnosti je u tohoto typu cementu mimořádná Vzhledem k tomu, že u betonů vyrobených z těchto cementů je ve specifických podmínkách nebezpečí rekrystalizace jejich struktury a tudíž ztráty pevnosti, je jejich použití ve stavebních konstrukcích v ČR zakázáno Používají se např při výrobě speciálních betonů pro konstrukce vystavené účinkům vysokých teplot Betony s pojivem na bázi umělých pryskyřic: Betony, které v mnoha ohledech klasický cementový beton předčí Jejich výhodou je vysoká pevnost, vynikající odolnost proti řadě agresivních médií a podstatně rychlejší dosažení vysokých pevností Jejich nevýhodou je obtížnější technologie výroby a zejména jejich cena Betony s pojivem na bázi živic a asfaltů: Betony, kterých se používá zejména v dopravním stavitelství (silnice, dálnice) a v hydrotechnickém inženýrství (izolační vrstvy zemních hrází) Podrobněji o těchto betonech v předmětech katedry silničních staveb Betony s pojivem na bázi síry: Jeden z perspektivních materiálů Betony s velmi dobrými pevnostními charakteristikami s relativně snadnou technologií výroby Bleskový nárůst pevnosti po ochlazení materiálu na běžnou teplotu Jejich nevýhodou je že pojivo je hořlavé a že beton ztrácí pevnost již při poměrně nevelkém nárůstu teploty Vynikající betony s ohledem na odolnost vůči agresivitě prostředí Betony se sádrovým pojivem: I tento druh pojiva je pojivem perspektivním Betony s tímto pojivem lze však používat výlučně jako betony výplňové s minimální statickou funkcí a pouze tam, kde nedochází ke styku s vodou Tento beton nechrání výztuž proti korozi Betony s jinými pojivy: V literatuře bývají do této skupiny řazeny betony, ve kterých je jako pojiva použito např hlíny nebo kombinace cementu se speciálními jíly Jedná se o betony s nízkými pevnostmi, kterých bývá užíváno výlučně jako stabilizačních podkladů základových půd pod řádnými betonovými konstrukcemi V současnosti se začíná používat i betonů s práškovými pojivy, které jsou aktivovány jinými kapalinami než vodou

7 Přednáška: 1 Strana: 7 DLE PEVNOSTNÍCH CHARAKTERISTIK: Podle této charakteristiky se beton dělí do tříd jakosti Třída betonu určuje mimo jiné hladinu napětí, které smí být beton vystaven v konstrukci V současné době existují dva předpisy které třídy betonů definují Jsou to ČSN a ČSN P ENV 206 Pro označení tříd betonu používají tato označení: ČSN Provádění a kontrola betonových konstrukcí B 5 - B 60, kde číselný údaj za označením B (beton) představuje tzv zaručenou pevnost betonu v tlaku, stanovenou na krychlích o hraně 150 mm při stáří betonu 28 dní Zaručená pevnost představuje takovou hodnotu, pod kterou nesmí klesnout více než 5% výsledků celého souboru ČSN EN Beton- Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda : C 12/15 - C 100/115, kde prvý číselný údaj za písmenem C (Concrete) představuje tzv charakteristickou pevnost v tlaku stanovenou na válcích a hodnota druhá tutéž veličinu stanovenou na krychlích Velikost krychlí, doba zkoušky i její statistická záruka jsou shodné s údajem uvedeným u normy ČSN Vlastnosti betonu mohou být klasifikovány i z jiných hledisek, než je pevnost v tlaku Takovými hledisky jsou především pevnost v tahu, zpracovatelnost betonové směsi nebo schopnost struktury betonu odolávat průniku tlakové vody Dále jsou betony členěny podle charakteristiky prostředí, ve kterém působí Z tohoto hlediska členíme betony na tyto typy: Betony v prostředí bez nebezpečí koroze (označení XO) Betony v prostředí působícím karbonataci cementového kamene (označované podle vlhkostních podmínek jako XC1 XC4) Betony vystavené účinkům prostředí s obsahem chloridů (nikoliv z mořské vody) (označované XD1 XD3) Betony vystavené účinkům chloridů z mořské vody (označovaném jako XS1 XS3, podle toho, zda je hodnocený beton vystaven slanému vzduchu, ale do přímého kontaktu s mořskou vodou nepřichází (XS1), nebo zda je beton v mořské vodě trvale ponořen (XS2) a nebo zda je beton mořskou vodou smáčen a ostřikován (XS3)) Betony v prostředí se střídavým působením mrazu a rozmrazování (označované jako XF1 XF4) Vliv na zatřídění tohoto typu prostředí má i skutečnost, zda se v hodnoceném prostředí předpokládá existence rozmrazovacích prostředků či nikoliv Betony v prostředí s jiným chemickým působením než uvedeno v předcházejících bodech (označované podle stupně agresivity (slabě, středně nebo vysoce agresivní) jako XA1 XA3) Toto hodnocení prostředí ve kterém se beton nachází je uvažováno především v základových konstrukcích a tudíž v souvislosti s výskytem agresivních spodních vod Nicméně tento typ agresivity se může vyskytovat i v prostředí

8 Přednáška: 1 Strana: 8 speciálních technologických provozů, kdy se únik kapalných nebo plynných produktů provozované technologie může projevovat jako výrazný prvek agresivity Směrnice pro drátkobetonové konstrukce Betony se strukturou vyztuženou drátky, které jsou schopny garantovat nejen tlakové, ale i tahové pevnosti, jsou charakterizovány označením, které uvádí hodnoty obou pevností Pro tento beton je Směrnicí navrhováno označení F 20/32, kde první numerický údaj za písmenem F (Fibreconcrete), je označením krychelné pevnosti, druhý pak označením zaručené pevnosti v tahu Toto schéma označení je použitelné i v případě betonů vyztužených některými jinými než ocelovými vlákny Způsob měření uvedených pevností, metodika zatřídění betonu i způsob převodu na hodnoty používané při výpočtu betonových konstrukcí budou předmětem dalších přednášek DLE POŽADAVKŮ ODBĚRATELE: ČSN EN rozděluje vyráběné betony na dvě skupiny a to podle toho,jaké garance požaduje odběratel od výrobce betonové směsi v jednom případě, méně obvyklém, přepíše odběratel výrobci úplné složení směsi včetně charakteristik jednotlivých složek Povinností výrobce je v tomto případě dodržení předepsaného složení Tyto betony jsou uvedeným normovým předpisem označeny jako BETONY PŘEDEPSAN0HO SLOŽENÍ v druhém případě požaduje odběratel po výrobci výrobu produktu od kterého očekává jisté konkrétně uvedené vlastnosti Těch může být celá řada a jsou to obvykle minimálně zpracovatelnost směsi a pevnost betonu ve 28 dnech Těchto vlastností může být pochopitelně podstatně více: velikost maximálního zrna kameniva, typ cementu, vodotěsnost, trvanlivost betonu atp Zcela proti duchu logiky se tyto betony nenazývají betony předepsaných vlastností, ale BETONY TYPOVÉ

9 Přednáška: 1 Strana: 9 Tab11: Přehled základních pojmů používaných v oblasti technologie betonu