Složky betonu a betonová směs

Zadání: Složky betonu – druhy a vlastnosti jednotlivých složek a jejich vliv na pevnost betonu. Betonová směs –návrh složení, zpracovatelnost, zkoušky konzistence.
Složky betonu
Základními složkami jsou: kamenivo (tvoří kostru betonu), cement (lepidlo), voda (reakce, zpracovatelnost betonu), přísady a příměsi (upravují vlastnosti čerstvého i hotového betonu)
KAMENIVO
zrnitý materiál anorganického původu, který propadne sítem o velikosti ok 64mm
Dělí se na:
 přírodní kamenivo (těžené z řek, těženo z pískovny, drcené kamenivo z lomu)
 umělé kamenivo (použití v lehkých betonech)
Požadavky a vlastnosti kameniva
 Nesmí obsahovat problematické minerály (se sírou)
 Přítomnost síry narušuje hydrataci
 Sloučeniny síry podporují korozi oceli
 Kamenivo nesmí být s amorfním křemenem (v zásaditém prostředí nabývá na objemu a beton odstřeluje)
 Musí mít dostatečnou pevnost (takovou, jakou chceme mít u betonu)
 Nesmí být zvětralé (nedostatečná pevnost)
 Musí být čisté (bez jílu, hlíny, chemického znečištění)
 Musí mít vhodnou zrnitost
 Vhodný tvar zrn, nevhodné jsou jehličky a placičky
 Nesmí být radioaktivní
*V 70. letech se v Trutnově postavil dům z radioaktivního radonu (tvárnice z popela)
*19. stol., Jáchymov, odpad z výroby uranu – udělali z toho radioaktivní maltu
Předmět: Stavební konstrukce – otázka č.1 Jméno: Jakub Doleček
Rok: 2014/2015 Třída: 4.S
Strana:2/9
Kamenivo se dělí na:
 Štěrkopísek – těžené přírodní kamenivo (0-125 mm)
 Štěrk – drcené kamenivo větší než 22 mm
 Drť – drcené drobné kamenivo do 4 mm
 Štěrkodrť- směs drobného a hrubého drceného kameniva
 Filler- kamenná moučka, požívá se do vodotěsnících betonů
 Výšivka – zbylé kamenivo (sypou se s ním chodníky a silnice)
Zkoušky kameniva:
Zkouška zrnitosti – přesvědčení se, jestli má kamenivo správnou velikost
 Kamenivo se zváží
 Prošije se řadou sít (1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125 mm)
 Zbytky na jednotlivých sítech se zváží
 Vypočítá se propad = součet všeho, co je pod sítem (vyjadřuje se v procentech)
 Vyneseme do grafu
Frakce – kamenivo, které propadlo velikostí (např. 8 mm) a nepropadlo velikostí (např. 4 mm) – 4/8 mm frakce
 Úzká frakce – propad mezi 2 síty např. 32/63 mm nebo 1/2 mm
 Široká frakce – několik úzkých frakcí za sebou např. 2/16 mm
Křivka zrnitosti
Spojitá – plynule na sebe navazuje
Přetržitá – je v ní díra, vznikne tak, že některá frakce chybí
Odplavitelné částice – množství odplavitelných částic menších než 0,063mm
 Zkušené kamenivo vysuším při 100°C
 Potom zvážím
 Nasypu do nádoby a zaliju vodou
 Zamíchám to a voda se zakalí
 Odleju špinavou vodu, naliju čistou a tento postup opakuji do vyčištění
 Vysuším a zvážím, vyjádřím v procentech (do 1%)
Humus – colometrická zkouška – organické látky, do betonu nepatří, špatně se snáší s cementem a narušuje hydrataci. Humus se projeví tak, že nasypeme kamenivo a nalijeme roztok NaOH, roztok se zabarví do žluta, když tam bude víc humusu, čím více humusu, tím tmavší barva (hnědá až černá)“
Nasákavost – zajímá nás kvůli dávkování vody do směsi, jinak by voda mohla chybět
Kamenivo zvážíme, namočíme, necháme okapat, osušíme, zvážíme a potom v % vyjádříme nasákavost
Tvar zrn kameniva – dělá se pouze na hrubém kamenivu, poměru stran kameniva se říká povrchový index – poměr mezi nejkratší a nejdelší části kameniva. Měří se posuvným měřítkem.
Přítomnost sirníků a síranů – Do nádoby nasypu kamenivo, nasypu do něj HCI. Pokud to obsahuje sirníky, vylučuje se sirovodík. Následně do roztoku přilejeme roztok chloridu bornatého. Pokud se to zakalí, tak tam jsou sírany.
Předmět: Stavební konstrukce – otázka č.1 Jméno: Jakub Doleček
Rok: 2014/2015 Třída: 4.S
Strana:3/9
Zkouška hlinitosti – zjistí přítomnost hlíny
 Do válce dáme kamenivo, nalijeme vodu, zatřeseme a necháme 24h v klidu
 Hlinitou se projeví jako prstenec zakalené vody (změříme tl. Prstence)
Pevnost kameniva – aspoň tak veliká, jako pevnost betonu, který chceme vyrobit
 Přírodní kamenivo se nezkouší
 Vyrobí se beton a zkouší se přímo ten
 Zajímá nás hlavně u lehkého kameniva
 Do válce se dá kamenivo, které vyhovuje a do druhého válce se dá kamenivo, které zkoušíme, začne se na to tlačit a porovnává se jeho deformace = pevnost se zkouší nepřímo, stlačením dvou kameniv (osvědčené a zkoušené)
Otlukovost – cílem zkoušky je zjištění, jak se bude kamenivo chovat při opakovaných nárazech (míchání a transport kameniva)
 Uděláme křivku zrnitosti kameniva, potom kamenivo hodíme do bubnu a přidáme ocelové koule, potom kamenivo vyndáme a znovu uděláme křivku zrnitosti
Skladování kameniva
 skladujeme každý druh a každou frakci zvlášť
 musíme ho chránit před znečištěním
 kamenivu nevadí teplo, déšť, mráz, světlo…
CEMENT
hydraulické pojivo – tvrdne i bez přístupu vzduchu
Výroba cementu
– vyrábí se v rotačních pecích, surovina musí projít přes teplotu 1400°C = mez slinutí
– pod 1400°C vznikne vápno, nad 1400°C vznikne portlandský slínek
– slínek se rozemele v kulových pecích
– při mletí se musí přidat různé látky, nejdůležitější je malé množství sádrovce, působí proti rychlému tvrdnutí
Druhy cementu:
Předmět: Stavební konstrukce – otázka č.1 Jméno: Jakub Doleček
Rok: 2014/2015 Třída: 4.S
Strana:4/9
Hydratace cementu – fyzickochemický proces, vzniká hned po spojení s vodou
 potom začne tuhnout (z pasty se stane pudink) a postupně to přejde do tvrdnutí
 během hydratace se uvolní značné množství tepla = hydratační teplo (největší teplo během
24h). Rychlost vývinu způsobuje jemnost cementu a chemické složení.
Vaznost cementu – schopnost cementu stát se lepidlem
 vaznost závisí na jemnosti mletí a chemickém složení
 vaznost poznám podle čísla na pytli cementu (32,5 / 42,5 / 52,5) = třída cementu, čím vyšší
číslo, tím lépe váže
Zkoušky cementu
Zkouška hustoty cementové kaše – příprava pro ostatní zkoušky
Vicatův přístroj – stanoví se s ním normální hustota cementové kaše
 zkouší se pomocí válečku (na hustotu)
 zkouší se začátek a konec tuhnutí pomocí jehly
 pokud se váleček za 30s zastaví 5-7 mm nade dnem, tak má kaše normální
hustotu a děláme další zkoušku
Zkouška počátku a konce tuhnutí – Vistův přístroj s jehlou
 začátek tuhnutí je, když se jehla zastaví 3-5 mm nad podložkou (píchá se do toho po
obvodu)
 konec tuhnutí je okamžik, kdy se jehla zapíchne max. 0,5 mm pod povrch (do 12h oi
smíchání s vodou)
Zkouška objemové stálosti – volné oxidy způsobují, že beton nabývá na objemu
= vznik trhlin (objemově nestálé cementy)
 zkoušku vymyslel Le Chatelliére
 cementovou kaší zaplníme objímku (trubku)
 probíhá při 20°C a 24h se to nechá v klidu
 potom se měří vzdálenost tykadel, hodí se to do vařící vody (na 3 hodiny),
necháme vychladnout na 20°C a znovu tykadla změříme
Zkouška pevnosti cementu – vyrobí se zkušební hranolky 40x40x160mm
 přesné dávkování vodu, cementu, písku
 nechají se ztvrdnout a uloží se na 28 dnů do vody
 Zkouška – pevnost v tahu za ohybu (položí se na 2 trámy a další položíme nahoru), tlačí se
na to a čeká se, až to praskne
 Zkouška – pevnost v tlaku se zkouší na zlomku trámečku, ten se hodí do lisu (dotyková
plocha 2500mm2), čekáme, až to praskne (sigma = síla / plocha)
Je li potřeba, dělají se další zkoušky.
Předmět: Stavební konstrukce – otázka č.1 Jméno: Jakub Doleček
Rok: 2014/2015 Třída: 4.S
Strana:5/9
VODA
zajišťuje zpracovatelnost směsi a hydrataci
 Do betonové směsi dáme více vody, aby mohla proběhnout hydratace (na 1 kg cementu 1/41 vody)
 Voda se používá později i k ošetřování betonu = ošetřovací voda
 Při výrobě betonu se používá voda záměsová
Požadavky na vodu
 Ideální by byla voda destilovaná
 Používá se voda pitná
 Musí být čistá (průhledná)
 Má mít neutrální reakci (Ph 7)
 Více vadí voda kyselá než zásaditá
 Výrazná odchylka ukazuje na chemické znečištění
 Nesmí obsahovat sírany
Případy nevhodných vod
 Voda z rašeliniště
 Vody z bažin a slatin
 Odpadní vody, vody ze zemědělství
 Odpadní a minerální vody
 Nevhodné jsou vody hladové, s příměsí síry atd.
Orientační zkoušky
 Vezu čistou sklenici, naliju vodu a prohlédnu si jí proti světlu
 K vodě si čuchnu
 Změřím Ph
 Udělám zkoušku na přítomnost síranů (kápnu roztok BaCI, pokud obsahuje sírany, ukáže se bílá sraženina)
 Vodu dáme do lahve a intenzivně zatřeseme, postavím, a pokud pěna nezmizí do 5s, jsou tam organické látky
Pokud jsou zkoušky na hraně, dělají se porovnávající zkoušky vody. Vyrobím beton ze zkoušené vody a potom z destilované. Zkušební tělesa nechám 28 dnů vyzrát a potom je rozmačkám. Rozdíl by měl být do 5%.
PŘÍSADY A PŘÍMĚSI
upravují vlastnosti betonu, jsou to prášky nebo roztoky.
Dají se rozdělit do základních skupin.
Plastifikátory (ztekucovadla)
 Jsou to látky, které snižují tření mezi složkami betonu (je plastičtější, lépe se zpracovává)
 Do betonu pak nemusíme dát tolik vody (čím víc vody, tím horší beton, pevnost a trvanlivost ohrožená)
 Vodní součinitel W = voda v kg / cement v kg = množství vody na kg cementu
 Umožňuje zvýšit pevnost
 Jsou to složité chemické sloučeniny
 Superplastifikátory umožní snížit spotřebu vody o 25%
Předmět: Stavební konstrukce – otázka č.1 Jméno: Jakub Doleček
Rok: 2014/2015 Třída: 4.S
Strana:6/9
Urychlovače tuhnutí a tvrdnutí
 Urychlují hydrataci, některé jen tuhnutí
 Použití při betonáži v zimě
 Při urychlování stavby, anebo při rychlém odbednění
 Na nástřik betonu a sanaci
 Hydratace se spustí třeba do několika desítek sekund
 Dříve se používal chlorid vápenatý jako hl. složka, ale chlorid způsoboval korozi – nevhodné pro předsazené konstrukce
 Moc často se nepoužívá (např. v zimě radši ohřeju beton a s použitím urychlovače má beton nižší pevnost
Zpomalovače tuhnutí a tvrdnutí
 Oddalují nebo zpomalují začátek hydratace
 Používají se cukry, škroby, dextriny a soli mědi
 Množství cukru (jedna desetina procenta cementu) – beton nikdy neztvrdne
 Používá se při delší přepravě betonu, zpracování betonu při vysokých teplotách, betonáž masivních kcí, pro lepší spojení starého a nového betonu
*Příklady s použitím cukru – použití vody z řeky pod cukrovarem, kamenivo bylo převáženo stejným vagonem jako cukrová třtina
Vodotěsné přísady
 Zlepšují vodotěsnost betonu
 Vodotěsnost musí být zajištěna vhodnou křivkou zrnitosti kameniva a nízkým vodním součinitelem
 Filler- zvýší podíl nepropustných částic
 Tras – vulkanická hornina (použitá na LBC přehradě jako omítka)
 Popílek – míchaný v cementu nebo zvlášť
 Bentonit- druh jílu (nejkvalitnější je z Kalifornie, používá se i na izolace, na pažení vrtů a na dotěsnění kcí
Provzdušňovací přísady
 Beton provzdušní
 Tvoří cca 5 – 6% objemu
 Malé bublinky o velikosti několik desetin milimetru, jsou uzavřené
 Musí být zcela rovnoměrně rozmístěny
 Účel – zvýšení mrazuvzdornosti
 NEPLÉST S LEHKÝM BETONEM!
 Nasáknutá voda se rozplyne do bublinek
 Složitá technologická příprava
 Používá se na silnice – zvýšená trvanlivost
Ostatní
 Např. stabilizace pro směs
 Směs nebude náchylná na rozmístění
 Přísady pro lepší čerpatelnost
 Mikrosilika – křemičitý úlet, který je upravený Si02 v amorfní podobě
– má malé zrna
– nahutní beton, umožňuje lepší navázání betonu na kamenivo
– dávka do 10% hmotnosti cementu
– umožňuje vyrábět vysokopevnostní betony
Předmět: Stavební konstrukce – otázka č.1 Jméno: Jakub Doleček
Rok: 2014/2015 Třída: 4.S
Strana:7/9
Betonárky si beton sami míchají (nepoužívají struskový cement, ale strusky si přidávají sami)
Existují přísady, které se používají k betonování pod vodou (beton se nemíchá s další vodou)
VLIV SLOŽEK NA VLASTNOSTI BETONU
Vlivy na pevnost betonu
 vliv kameniva – jeho kvalita, křivka zrnitosti, čistota, hodný tvar…
 vliv cementu – kvalita, množství
 vliv vody – čistota a její složení, vliv jejího množství, vodní součinitel W
 vliv přísad – pozitivní vliv mají plastifikátory, mikrosilika, negativní jsou provzdušňovače
 vliv míchání
 vliv dopravy – beton by se na stavbu měl dopravit do 1 h
 vliv zhutnění
 vliv teploty – kvůli hydrataci, + pevnější je beton ze zimy, + pokud beton zmrzne do hodiny (před začátkem tuhnutí), jakmile bude teplo, začne znovu hydratovat, + pokud beton zmrzne během tuhnutí, hydratace už nikdy neproběhne, + beton zmrzne během tvrdnutí, ztratí pevnost, + dobré je, když beton nezmrzne během prvních 3dnů, + při pevnosti 5MPa zmrznutí nevadí
 vliv času – pevnost betonu se vyvíjí s časem, + norma říká 28 dnů, ale pevnost se vyvíjí dál (do roka), + udává se i 90denní pevnost – úspory na dávkování cementu (míň a betony nejsou náchylné na trhlinky)
MNOŽSTVÍ A POMĚRY MÍSENÍ SLOŽEK Množství kameniva
 potřebujeme dobrou křivku zrnitosti
 platí zásada, že hrubého kameniva má být víc než drobného poměru 1:2 nebo 2:3
 u vodostavebních betonů mix až 5 frakcí
 množství složek se udává na kubík hotového betonu v kci
 na kubík betonu potřebujeme 1,15 kubíků kameniva
 velikost kameniva musí projít výztuží
 kamenivo může být omezeno míchačkou
Množství cementu
 existují rovnice pro výpočty
 v betonu musí být nějaké minimální množství betonu kvůli odolnosti
 v prostém betonu je dávka cementu 200kg/kubík
 dobrý konstrukční beton má 300 – 350kg cementu/kubík
 ŽB má 250kg cementu/kubík
 Horní hranice dávkování cementu je 450kg/kubík
 Pokud při 450kg nedosáhneme potřebné pevnosti betonu, musíme použít jiný cement
Mísení složek
 1:3 – 450kg/kubík hotového betonu
 Kamenivo dávkujeme objemově, cement váhově – je to lepší
 Všechno dávkování váhově (kromě vody)
Předmět: Stavební konstrukce – otázka č.1 Jméno: Jakub Doleček
Rok: 2014/2015 Třída: 4.S
Strana:8/9
Betonová směs
Návrh složení
 Volba největšího zrna kameniva
Dmax < ¼ nejmenšího rozměru konstrukce ⇒ d . ¼ = (87,5) mm
< o 5mm než nejmenší vzdálenost mezi pruty ⇒ smin – 5 = (20) mm
< než 1,3 násobek krycí vrstvy výztuže ⇒ cnom . 1,3 = (39) mm
Maximální frakce kameniva je 8/16.
 Výpočty množství kameniva
Výpočet procentuálního podílu hrubého kameniva dle Fullerovy křivky zrnitosti.
D – maximální navrhované zrno [mm]
d – maximální zrno ve vypočítávané frakci [mm]
 Bolomeyova rovnice:
Metoda vychází z výpočtu potřebného množství vody, která je potřebná k hydrataci cementu a na smáčení zrn kameniva podle potřebné konzistence
fck,cube – charakteristická pevnost betonu v tlaku [MPa]
ak – koeficient kvality kameniva [-]
Rc – pevnostní třída cementu [MPa]
*Pro těžené kamenivo, které je kvalitnější, hodnota kvality kameniva je ak = 0,6 a pro drcené kamenivo hodnota kvality kameniva je a k = 0,5.
 Výpočet množství vody mv potřebné pro smáčení kameniva a hydrataci cementu:
*Na ovlhčení jemného podílů kameniva a cementu do 0,25 mm se počítá 0,23 kg.kg-1
*Na ovlhčení příměsí (popílky, strusky apod.) se počítá 0,30 kg.kg-1
– množství vody potřebné na ovlhčení kameniva [kg.m-3]
– hmotnostní podíl frakce i [%]
– velikost dolního síta frakce [mm]
 Výpočet množství kameniva z rovnice absolutních objemů:
Předmět: Stavební konstrukce – otázka č.1 Jméno: Jakub Doleček
Rok: 2014/2015 Třída: 4.S
Strana:9/9
– množství cementu [kg.m-3]
– objemová hmotnost cementu, ve výpočtech používáno 3100 kg.m-3,
– množství vody [kg.m-3]
– objemová hmotnost vody, ve výpočtech používáno 1000 kg.m-3,
– množství kameniva [kg.m-3]
– objemová hmotnost kameniva [kg.m-3]
– množství příměsi [kg.m-3]
– objemová hmotnost příměsi [kg.m-3]
Vz – množství vzduchu v betonu (5%) [%]
Zkoušky konzistence
– pomocí přístroje VeBe
o u hutných betonů
o na hutníme bet. směs = vytvoříme bábovku na ni formu válce
o vibrace a kdy bábovka přeformuluje na válec – měříme čas
– zkouška sednutí „Abramsova zkouška“
o u tekutých směsí
o měříme úbytek výšky komolého kužele
o necháme sednout určitou dobu
– zkouška odlučnosti maltoviny
o u cementové kaše
o nádoba se dnem se síťoviny
o měříme čas, za který se uvolní jedna kapka
o měříme určitý objem, který proteče za uplynulý čas
– zkouška rozlití
o zpracovatelnost bet. směsi s plastifikátorem
o musí rozlít rovnoměrně
o pouštíme destičku z 4cm asi 15x
o směs – spojitá, rovnoměrně rozlitá, nepotrhaná