Materiały pomocnicze do nauki przedmiotu „Materiały budowlane” na kierunku „Budownictwo” na Wydziale Inżynierii WAT. Na prawach rękopisu.Prawa autorskie zastrzeżone. Wyrażam zgodę na kserowanie wyłącznie na potrzeby studentów Wydziału Inżynierii WAT. mgr inż. Tadeusz Błażejewicz WŁAŚCIWOŚCI BETONU WEDŁUG PN-88/B-06250. 1. Podział na klasy. Jakość betonu charakteryzowana byłą klasą betonu „B”. Klasa betonu jest to symbol literowo-liczbowy (np.: B 20), klasyfikujący beton pod względem wytrzymałości na ściskanie; liczba po literze „B” oznacza wytrzymałość gwarantowaną betonu R G w MPa. Oprócz wytrzymałości na b ściskanie każda klasa betonu ma przypisaną wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości, odkształcenia skurczowe, współczynnik Poissona i współczynnik pełzania (parametry te są podane w normie PN-B-03264 : 1999 „Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone”). Badanie powyższych właściwości dla każdej partii betonu byłoby kłopotliwe i długotrwałe, dlatego w normie przyjęto następującą filozofię postępowania.: Jeżeli w czasie projektowania mieszanki betonowej skład mieszanki dobierano według zasad określonych w PN-88/B-06250, a w badaniach stwierdzono, że beton osiągnął wytrzymałość na ściskanie wymaganą dla danej klasy, to również pozostałe właściwości betonu będą na poziomie według wymagań normy i nie ma potrzeby ich badania. Norma PN-88/B-06250 określa zasady doboru rodzaju i ilości cementu, graniczne wartości stosunku c/w gwarantujące trwałość i wytrzymałość betonu, graniczne wartości zawartości cementu gwarantujące trwałość betonu i brak nadmiernego skurczu, podaje wymagania dla uziarnienia kruszywa, jamistości i konsystencji mieszanki oraz ilości zaprawy i objętości frakcji najdrobniejszych warunkujących dobrą urabialność. Norma wyróżnia następujące klasy betonu zwykłego. RG b R ś r R .r 7,5 11 1,1 10 14 1,28 12,5 17 15 20 1,61 17,5 24 20 27 1,94 25 33 2,2 30 40 2,47 35 45 2,64 40 50 2,81 50 60 3,11 Eb 14700 18000 20800 23100 25300 27000 30000 32400 34400 36000 38600 Końcowe odkształcenie skurczowe betonu εcs ∞ dla przeciętnych wymiarowo elementów dojrzewających w warunkach suchych (wewnątrz pomieszczeń) jest rzędu 0. Wytrzymałość zbadana w takich warunkach nosi nazwę wytrzymałości umownej R u (występuje ona we wzorze Bolomeya.33o/oo . Przed rokiem 1988 beton był charakteryzowany marką Rw.10-5/K. Próbki do badania należy pobierać przy stanowisku betonowania. Norma dopuszcza badanie wytrzymałości także na próbkach sześciennych 10 cm i 20 cm. to należy je przechowywać w takich warunkach termiczno-wilgotnościowych. po 28 dobach dojrzewania w temperaturze 18 ± 2oC i wilgotności powyżej 90%.05 ⋅ R20 R15 = 0. oznaczaną na próbkach walcowych ∅16 cm. Jeżeli próbki mają służyć do kontroli wytrzymałości betonu w konstrukcji. przy konstrukcjach sprężonych). Ze względu na skurcz elementy wielkogabarytowe betonowe powinny być dylatowane (posadzki w rozstawie 6 x 6 m) lub wykonywane z betonów specjalnych o obniżonym lub skompensowanym skurczu (lub zbrojone przeciwskurczowo). to jest wytrzymałością średnią w kG/cm2. beton marki Rw 170 odpowiada klasie B-15. łączącym wytrzymałość b ze stosunkiem c/w). h 16 cm. co nakazuje większą staranność przy rozkładaniu nacisków miejscowych na płaszczyznach podparcia elementów prefabrykowanych wykonanych z betonu wysokiej klasy. Aby przeliczyć markę na odpowiadającą jej klasę betonu należy markę podzielić przez 10. 2.: podczas betonowania w okresie zimowym.2. a na zewnątrz 0. a wynik dzielenia zmniejszyć o 1 klasę. tym beton jest bardziej kruchy (maleje stosunek Rr / Rc ). równomiernie w całym okresie betonowania (co najmniej 1 próbka na zmianę roboczą lub 3 próbki na partię betonu). Kwalifikowanie betonu do klasy.9 ⋅ R10 .60o/oo . w jakich dojrzewa konstrukcja (np. Im wyższa klasa betonu.W normie PN-B-03264 na konstrukcje żelbetowe występują klasy B 15 do B 70. Wytrzymałość betonu bada się na próbkach sześciennych 15 cm. Współczynnik odkształcenia poprzecznego przy ściskaniu (współczynnik Poissona) jest rzędu 0.: beton marki Rw 200 odpowiada klasie B-17. lecz te wyniki należy przeliczyć na wytrzymałość próbki o krawędzi 15 cm według wzorów: R15 = 1.5. Współczynnik rozszerzalności termicznej betonu jest rzędu 1. np. Według projektu normy pr EN 13791 „Oszacowanie wytrzymałości na ściskanie betonu w elementach konstrukcyjnych” wytrzymałość odwiertów rdzeniowych o wysokości równej średnicy i o średnicach w przedziale od 100 do 150 mm jest w przybliżeniu równa wytrzymałości określonej na próbkach sześciennych 150 mm. α . od których zaczyna się zniszczenie i dlatego uzyskuje się zaniżone wytrzymałości). α = 1.(im większa badana próbka.02 ⋅ ∅ + 0. tym większe jest prawdopodobieństwo występowania wad strukturalnych.05.15. których długość jest dwa razy większa od średnicy. Wytrzymałość na ściskanie odwiertów. R G . Uziarnienie kruszywa w próbkach o krawędzi 15 cm nie powinno przekraczać 32 mm. Za partię betonu uważa się ilość betonu o takich samych właściwościach. b Dla n = 3 ÷ 4 dla n = 5 ÷ 8 dla n = 9 ÷ 14 α = 1. a w próbkach 20 cm – 63 mm.10. odwiert należy zawsze pobierać na pełną grubość elementu. Nie powinno się badać odwiertów cieńszych od 50 mm. przy średnicach w granicach od 100 do 150 mm. gdzie: Ri min .16 mm. bez odłupywania rdzenia a wiercenie wykonać bezudarowo). Potrzeba dokonywania przeliczeń wyników badań wytrzymałości dotyczy też próbek o innych kształtach i wymiarach. Przy kwalifikowaniu partii betonu do danej klasy bierze się pod uwagę ilość zbadanych próbek: a) Przy liczbie próbek n mniejszej od 15: G Ri min ≥ α ⋅ R b .wytrzymałość gwarantowana betonu. wyprodukowaną z takich samych składników w okresie do 1 miesiąca. np. . α = 1. odpowiada wytrzymałości charakterystycznej określonej na próbkach normowych ∅150 h 300 mm.wytrzymałość najsłabszej próbki.: odwiertów rdzeniowych. w próbkach 10 cm .wytrzymałość odwiertu. Wytrzymałość wywierconych próbek walcowych (rdzeni) można przeliczyć na wytrzymałość próbki sześciennej 15 cm tylko wtedy.7) ⋅ R∅ . Wytrzymałość odwiertów o średnicach od 7 do 14 cm można przeliczyć na wytrzymałość próbki 15 cm wg wzoru: R15 = (0. Stosunek maksymalnego wymiaru kruszywa w betonie do średnicy odwiertu nie powinien być większy niż 1 : 3. gdy wysokość rdzenia jest równa jego średnicy (należy odpowiednio dobrać średnicę wiertła koronowego do grubości elementu betonowego. gdzie: R∅ .współczynnik zależny od liczby próbek n. gdzie: S = 1 ∑( Ri − Rśr ) 2 n −1 Powyższe wzory wynikają z właściwości krzywej rozkładu normalnego Gaussa-Laplace’a. – 1. która dobrze opisuje rozrzut wytrzymałości betonu. ≥ 1. G b) Przy liczbie próbek n równej lub większej od 15: G Rśr. Aby otrzymać beton o wytrzymałości gwarantowanej b G R b należy go projektować na wytrzymałość średnią (umowną) odpowiednio wyższą. dla uzyskania takiej samej wytrzymałości gwarantowanej musi być projektowany na wyższą wytrzymałość średnią (wymaga użycia większej ilości cementu). Wytrzymałość gwarantowana R G jest zapewniona z prawdopodobieńb stwem 95%. to znaczy że 95% wyników badań powinno być nie mniejszych od R G .64s ≥ R b . Beton produkowany z większym rozrzutem wytrzymałości (z większym odchyleniem standardowym s). jeżeli: G Ri min ≥ R b oraz Rśr.2 R b .W przypadku nie spełnienia powyższego warunku betonu może być uznany za odpowiadający danej klasie. . a wytrzymałość na rozciąganie wylicza się z wzoru: Rr = gdzie: P – siła niszcząca. Klasa B 30 ÷ 50 do 7 8 – 10 11 – 13 14 – 15 Powyżej 15 Klasa B 7. gdzie: α = 0. 3.7 dla klas B ≤ 30.5 dla klas powyżej B 30 oraz α = 0. Można ją w przybliżeniu wyliczyć ze wzoru: Rr = α ⋅ 3 2 Rc . 4. Wytrzymałość betonu na rozciąganie. d – średnica walca. ν = Poziom wytwarzania BDB DB Średni DST NDST S ⋅ 100% Rśr . Wytrzymałość na rozciąganie można zbadać metodą łupania walców lub próbek sześciennych (tzw. Moduł sprężystości betonu. W przekroju osiowym powstają naprężenia rozciągające powodujące rozłupanie próbki.Miarą poziomu wytwarzania betonu jest współczynnik zmienności wytrzymałości ν .5 ÷ 25 ν do 10 11 – 13 14 – 16 17 – 20 Powyżej 20 Przy niedostatecznym poziomie wytwarzania należy przerwać produkcję i ustalić przyczyny tak dużego rozrzutu wytrzymałości. . Badanie polega na ściskaniu próbki przez wąskie przekładki ułożone wzdłuż tworzącej walca lub w płaszczyźnie symetrii sześcianu. l – wysokość walca. metodą brazylijską). 2⋅P Π⋅ d ⋅l . Moduł sprężystości betonu zależy od klasy betonu oraz od zawartości w betonie kruszywa grubego i modułu sprężystości skały. jaką może wchłonąć beton w warunkach normowych (wilgotność jest to ilość wody aktualnie zawartej w betonie. uziarnienia kruszywa oraz warunków termiczno-wilgotnościowych podczas wiązania. Ze wzrostem zawartości kruszywa grubego moduł sprężystości betonu rośnie.1 wysokości) i utrzymując w wodzie aż do ustalenia się masy. Nasiąkliwość jest to maksymalna ilość wody. rodzaju cementu. z której wykonano kruszywo. a następnie do 1.Wyznacza się go na próbkach walcowych ∅ 15 cm h 30 cm. określona metodą suszenia w temperaturze 105 ÷ 110oC do stałej masy). 5. Skurcz można ograniczyć poprzez: obniżenie stosunku w/c przez zastosowanie superplastyfikatora. np. mierząc odkształcenia próbki w zakresie naprężeń od 0. nasączając je stopniowo (zalewając do 1/2 wysokości.5 MPa do 1/3 wytrzymałości betonu na ściskanie. zwiększenie zawartości kruszywa grubego (obniżenie wodożądności). - 6. pielęgnację mokrą betonu. Nasiąkliwość należy badać na próbkach o objętości co najmniej 1 dm3. Skurcz betonu zależy od ilości cementu. Nasiąkliwość betonu nie powinna być większa od 5% dla betonów narażonych na czynniki atmosferyczne (dla betonów specjalnych. zmniejszenie ilości cementu dzięki użyciu cementu wyższej klasy w mniejszej ilości. Mrozoodporność betonu. . zastosowanie domieszek kompensujących skurcz. Odkształcenia skurczowe betonu.: drogowych wymagania mogą być ostrzejsze) oraz od 9% dla betonów osłoniętych przed wpływem atmosfery. 7. stosunku w/c. Skurcz w okresie twardnienia bada się na próbkach 10 x 10 x 50 cm przy pomocy aparatu Amslera. Nasiąkliwość betonu. Stopnie wodoszczelności konstrukcji przyjmuje się w zależności od wskaźnika ciśnienia. stopień F należy zwiększyć o 50. . F 50.2 MPa aż do wystąpienia oznak przeciekania. F 75.6. Stopień wodoszczelności jest równy maksymalnemu ciśnieniu wody (razy 10). 8.: zastosowania domieszek). Beton zwykły dobrze zaprojektowany i wykonany może osiągnąć mrozoodporność do F 75.3 m wskaźnik ciśnienia wynosi 16. F 100. Stopień mrozoodporności przyjmuje się równy liczbie przewidywanych lat użytkowania konstrukcji (gdy beton jest narażony na kapilarne podciąganie wody. Przyjmuje się.wytrzymałość próbki nie obniżyła się więcej niż o 20% w stosunku do próbek kontrolnych nie zamrożonych. Wodoszczelność bada się na próbkach o wysokości 150 mm (dostęp wody od góry na powierzchnię próbki o średnicy 100 mm). przy którym nie wystąpiły objawy przecieku. a jeżeli jest narażony na środki odladzające lub znajduje się w strefie zmiennego poziomu wody – należy zwiększyć o 100). Wskaźnik ten jest równy stosunkowi wysokości słupa wody w metrach (ciśnienia wody w metrach słupa wody) do grubości przegrody w metrach. . W 10 i W 12. F 150. uzyskanie wyższej mrozoodporności wymaga zabiegów specjalnych (np. Wyróżnia się następujące stopnie wodoszczelności W: W 2. F 200 i F 300.Mrozoodporność bada się na próbkach sześciennych.łączna masa ubytków nie przekracza 5% masy próbki. W 4. W 8. Na przykład: Dla zbiornika na wodę o głębokości 5 m i grubości dna 0. Dla wskaźnika ciśnienia od 16 do 20 norma PN-88/B06250 zaleca stopień wodoszczelności betonu przy stałym parciu wody W 8. poddając je cyklicznemu zamrażaniu w temperaturze -18oC i rozmrażaniu w wodzie o temperaturze +18oC (czas mrożenia co najmniej 4 godziny). Liczba cykli zamrażania jest równa wymaganemu stopniowi mrozoodporności betonu.próbka nie wykazuje pęknięć. gdy: . Wyróżnia się następujące stopnie mrozoodporności: F 25. Ciśnienie wody zmienia się skokowo co 24 godziny o wartość 0. całkowicie nasyconych wodą. . W 6. że próbka wykazuje wymagany stopień mrozoodporności. Wodoszczelność betonu.