1. AZ ADALÉKANYAGOK MINŐSÍTÉSE, JAVÍTÁSA

1.1. Az adalékanyag szemmegoszlásának minősítése

1.1.1. Az adalékanyag szemmegoszlásának minősítése a finomsági modulus segítségével

A betontechnológiával foglalkozó kutatók arra törekedtek, hogy az adalékanyag szemmegoszlását betontechnológiai felhasználás szempontjából lehetőleg egy számmal jellemezhessék.Abrams kimutatta, hogy mindazok a szemmegoszlási görbék, melyeknek a finomsági mérőszáma azonos, betontechnológiai szempontból – gyakorlati határok között – egyenlő értékűeknek tekinthetők. Ez volt a betontechnológia első alapvető törvénye.A finomsági modulust a mi szita-, ill. rostasorunkon a következőképpen számíthatjuk:

vagyis a szabvány szitasoron fennmaradt (FM) tömegszázalékok összege osztva 100-zal. Azaz a finomsági modulus a szemmegoszlási görbe feletti terület mérőszáma. A finomsági modulus ismeretében meghatározhatjuk a gömb alakú szemcsékből állónak képzelt ideális szemcsehalmaz da átlagos átmérőjét és az „A” fajlagos felületét:

; (m2/kg)

A négyzet alakú rosták helyett szükség esetén körlyukúak is használhatók. Az átszámítás:

1

A finomsági modulust akkor is dmin=0,063 mm-es kezdőszita alapján kell kiszámítani, ha a szitasorból ez hiányzik.A finomsági modulus képletéből látszik, hogy a finomszemek (pl. 0,063) mennyiségének 1-2%-os megváltozása a modulust észrevehetően nem változtatja meg. A finom részeknek azonban a gyakorlatban nagy a szerepük. Popovics ezt figyelembe véve a következőképpen bővítette az Abrams féle finomsági modulus törvényt: mindazok az adalékanyagok, amelyeknek a finomsági modulusa és a fajlagos felülete azonos, betontechnológiailag egyenértékűek. A finomrészek fajlagos felületét azonban bonyolultan lehet meghatározni. A hazai adalékanyagokra a finomsági modulus használata legtöbb esetben elégséges. A fajlagos felület meghatározása legtöbbször a talajmechanikában fontos.

1.1.2. Az adalékanyag szemmegoszlásának minősítése a szabványos határgörbék segítségével

A hazai és külföldi szabályzatok a legnagyobb szemnagyság függvényében egyaránt megadnak olyan szemmegoszlási görbéket, amelyekkel a közéjük eső szemmegoszlási görbéket I., ill. II. osztályúaknak, ill. osztályon kívülinek lehet minősíteni. Ilyen szemmegoszlási határgörbéket mutatunk be példaként 32 mm legnagyobb szemnagyság esetére az 1.1. ábrán.

2

1.1. ábra. Szemmegoszlási határgörbék dmax=32 mm esetére

Ha a szemmegoszlási görbe bizonyos rövidebb szakaszon kilép a határgörbék közül, akkor a határgörbés minősítés alapján a gyengébb kategóriába kellene sorolni. Azonban figyelembe véve azt, hogy a finomsági modulus a görbe feletti terület mérőszámát adja meg, a szemmegoszlási görbe megrajzolható és minősíthető a szemmegoszlást helyettesíthető görbe alapján. Erre mutatunk példát az 1.2. ábrán. A területkiegyenlítés nem alkalmazható az 1 mm-nél kisebb, nagy fajlagos felületű részekre.

3

1.2. ábra. Szemmegoszlási görbe finomítsa területkiegyenlítéssel

1.2. Az adalékanyag szemmegoszlásának javítási módszerei

Az adalékanyag szemmegoszlás javításának szükségessége akkor merül fel, ha a finomsági modulus nem megfelelő (rendszerint kicsi), ha a görbe alakja nem megfelelő (pl. lépcsős), vagy ha méreten felüli szemeket tartalmaz. A javítás módjai:

a) A méreten felüli szemcsék kirostálása;b) A szemmegoszlás javítása két részre (rendszerint

homokra és kavicsra) bontással és megfelelő arányú keveréssel;

c) Az eredeti szemmegoszlás javítása valamilyen adalékfrakcióval (rendszerint kavics pótlással);

d) Az adalékanyag több frakcióra osztályozása és megfelelő arányú keverése.

A továbbiakban a javítás egyes eseteire mutatunk be példát.A b) esetben pl. válasszuk szét az adalékanyagot homokra és kavicsra, és állapítsuk meg a keverési arányt úgy, hogy a javított szemmegoszlási görbe

4

finomsági mérőszáma m0 legyen. Külön kiszámítjuk a homok (mH) és a kavics (mK) finomsági mérőszámát, így az a1, illetve a2 keverési arányt az alábbi egyenletből számíthatjuk:

A keresett szemmegoszlási görbe áthullt tömegszázalék értékeit a következő képletből kaphatjuk:

Erre a megoldásra mutatunk be mintapéldát.Hasonlóan végezzük el a keverési arányok számítását a c) esetben is mH helyett me (e = eredeti), mK helyett mj (j = javító) finomsági modulusokat kell a két ismeretlenes egyenletrendszerbe helyettesíteni.A gyakorlati esetek egy részében az adalékanyagot több frakcióra osztályozzák, és a frakciók egymást átfedik. Ebben a d) esetben is csak két egyenlet írható fel, nevezetesen 3 frakció esetén:

A három ismeretlen közül egyet fel kell vennünk. Pl. ai

felvehető azáltal, hogy a megfelelő minőségű halmazt 100%-ban belekeverjük.

1.3. MintapéldaHatározza meg az alábbi adalékanyag szemmegoszlását és javítsa meg az adalékanyagot két frakcióra való bontással I. osztályúra.Kiszámítjuk az adott HK szemmegoszlását és mHK-at. (vizsgált tömeg 10kg = 10000g). A számítást táblázatos formában végeztük el:1.1. táblázatban a homokos kavics-;1.2. táblázatban a homok-;

5

1.3. táblázatban a kavics-;1.4. táblázatban a javított homokos kavics szemmegoszlási görbéjét és

finomsági modulusát (m) számítottuk ki.

1.1. táblázat. Homokos kavics szemmegoszlása

Φ mm FM töm.G

FM töm.%

Σ FM töm.%

ÁH töm.%

24 - - - 10016 200 2,0 2,0 9812 560 5,6 7,6 92,48 600 6,0 13,6 86,44 1300 13,0 26,6 73,42 1440 14,4 41,0 59,01 1300 13,0 54,0 46,00,5 1450 14,5 68,5 31,50,25 1360 13,6 82,1 17,90,125 1320 13,2 95,3 4,70,063 270 2,7 98,0 2,0tálca 200 2,0 100,0 0,0Σ 10000 100,0 488,7

Az eredményt a dmax = 16mm-es szemmegoszlási határgörbén kell ábrázolni. Látható, hogy a minősége osztályon kívüli, (1.3. ábra).Szétbontjuk a homokos kavicsot (HK-t) homokra (H)és kavicsra (K) és számítjuk mH-t és mK-t.

1.2. táblázat. Homok szemmegoszlása

Φ mm FM töm.G

FM töm.%

Σ FM töm.%

ÁH töm.%

24 - - - -2 1440 19,6 19,6 80,4

6

1 1300 17,7 37,3 62,70,5 1450 19,8 57,1 42,90,25 1360 18,5 75,6 24,40,125 1320 18,0 93,6 6,40,063 270 3,7 97,3 2,7tálca 200 2,7 100,0 0,0Σ 7340 100,0 380,2

1.3. táblázat. Kavics szemmegoszlása

Φ mm FM töm.G

FM töm.%

Σ FM töm.%

ÁH töm.%

24 0 0 0 10016 200 7,5 7,5 92,512 560 21,1 28,6 71,48 600 22,5 51,1 48,94 1300 48,9 100,0 02 - - 100,0 01 - - 100,0 00,5 - - 100,0 00,25 - - 100,0 00,125 - - 100,0 00,063 - - 100,0 0tálca - - 100,0 0Σ 2660 100,0 787,2

ahol mj a szabványos szemmegoszlási görbéből pl:

7

számítható,

de ahol mj értéke ma és mb között tetszőlegesen felvehető.

1.4. táblázat. A javított anyag szemmegoszlása

Áthullott homok Áthullott kavics A.H + b.KΦ mm H%

AH H%

h h.H%

K%ÁHK%

k k.K%

Σáth.%

ΣFM.%

24 100 43 100 57,0 100 016 100 43 92,5 52,7 95,7 4,312 100 43 71,4 40,1 83,1 16,98 100 43 48,9 27,9 70,9 29,14 100 43 0 0 43,0 57,02 80,4 0,43 34,6 0 0,57 0 34,6 65,41 62,7 27,0 0 0 27,0 73,00,5 42,9 18,4 0 0 18,4 81,60,25 24,4 10,0 0 0 10,0 90,00,125 6,4 2,8 0 0 2,8 97,20,063 2,7 1,2 0 0 1,2 98,8tálca 0 0 0 0 0 100Σ h.H + k.K= 613,3

múj = 6,13~ mj = 6,10

Az eredeti adalékanyag, a homokfrakció és a kavicsfrakció, valamint a javított anyag szemmegoszlási görbéi az 1.3. ábrán láthatók.

8

1.3. ábra. Adalékanyag szemmegoszlásának javítása két frakcióra való bontással

9

2. AZ ANYAGVIZSGÁLATOK, A MINŐSÍTÉS ÉS A BETONTERVEZÉS MATEMATIKAI STATISZTIKAI ALAPJAI

A világban észlelt jelenségek két fő csoportra oszthatók, ezek a determinisztikus, azaz pontosan kiszámítható, ill. a sztochasztikus, azaz csak becsülhető jelenségek. Ez utóbbiak esetében sok – sok kis részeredmény birtokában számítjuk ki, ill. csak becsüljük meg a várható végeredményt. Ez a tudomány, amely ezt lehetővé teszi a matematikai statisztika.A statisztika tudományát a nagy mennyiségben összegyűjtött adatok kiértékelésére, és az adatokból való következtetések levonására alkalmazzuk. Arra a kérdésre, hogy ezt az anyagrészt miért itt tárgyalja a jegyzet az a válasz, hogy azért mert az utolsó építőanyag, amelynek a tervezése és előállítása még a mérnök kezében van (és nem a gyáriparéban) az a beton, a beton tervezése és előállítása pedig matematikai statisztikai alapokon nyugszik. Ezen felül az építőanyagok minősítéséhez is nélkülözhetetlen.

2.1. A mérési eredmények matematikai értékeléseAz anyagvizsgálat feladata az anyagtulajdonságok megállapítása és értékelése. Az építőanyagok tulajdonságaival kapcsolatos mérési eredményeket, észlelési értékeket (ezek általában kémiai, fizikai, mechanikai tulajdonságokra vonatkoznak) összehasonlítják rendszerint az Magyar Szabványokban előírt értékekkel, vagy jósági számokkal, ezek az anyag felhasználására vonatkozó minősítő adatok. Nem közömbös tehát, hogy ezeket a méréseket hogyan hajtják végre, és a kapott eredményeket milyen módon értékelik.A mérést – akár laboratóriumban, akár az ipari gyakorlatban – csak korlátozott pontossággal tudják végrehajtani, ahogy azt az első félévben ismertettük.

10

Tehát minden mérési eredmény tartalmaz hibát, minden mérési eredmény közelítő érték, amely a valóságos értéket jobban vagy kevésbé közelíti meg. A mérés durva hibáit gondossággal és lelkiismeretességgel, valamint a mérőműszerek rendszeres karbantartásával, kalibrálásával csökkenteni lehet. A mérési hibák másik része a véletlen hiba általában kicsiny.Az anyagvizsgálat eredményét, illetve annak értékelését azonban nemcsak a mérés befolyásolja, hanem nagyon befolyásolják az anyag tulajdonságaitól, a vizsgált próbák számától, stb. függő jellemző adatok is. Pl. ha egy betonkeverékből készítünk 5 db kockát, akkor valószínűen ötféle kockaszilárdságot kapunk. Ez esetben az eltérések okai között egymástól független hatások szerepelnek, amelyeket külön-külön nem tudunk számításba venni. Ezért ezeket az okokat együttesen véletlen jellegűnek és a kockakészítés és vizsgálat hibájának tekintjük.A mérési eredmények feldolgozásával a matematikai statisztika foglalkozik. A továbbiakban – erre támaszkodva csak azokkal a részletkérdésekkel foglalkozunk, amelyek kitűzött célunk, a betontervezés és az építőanyag minősítése kérdésében segítséget nyújtanak.A mérési eredmények feldolgozása és értékelése során az alábbi feladatok adódnak:

a) Az építőiparban tömegcikként vásárolható (pl. tégla, cement) építőanyagok minősítő vizsgálata azzal a céllal, hogy azok minősége megfelel-e azokra az anyagokra a szabványokban rögzített minőségi követelményeknek. Ilyen céllal végezteti el a beruházó az építő által előállított beton- és vasbetonszerkezetek minősítő vizsgálatait is.

b) Építőanyagok, mint tömegtermékek minőségének ellenőrzése a gyártás során azzal a céllal, hogy az eredmények alapján a gyártási folyamatra hatni lehessen.

11

c) A vizsgálat célja lehet a vizsgálati eredmények alapján két vagy több változó között legvalószínűbb empirikus függvénykapcsolat keresése.

d) Új építőanyagokra anyagtulajdonságok illetve követelmények megadása sokszor új vizsgálati módok segítségével. Ez esetben cél a szabályozó iratok (általában szabványok) számára megbízható adatok szolgáltatása.

2.2. A leíró statisztika alapfogalmaiA tétel az az építőanyag mennyiség, amely egy mintával minősíthető (pl. 300000 db tömör égetett agyagtégla, vagy egy cementszállítmány).A valószínűségi változókat x-szel, a mintán nyert mérési eredményeket (minőségi jellemzők) szilárdság, méret, testsűrűség stb. x1 …xn-nel jelöljük.Ha a minta darabszáma kicsi, és az eredményeket nagyság szerint rendezzük, akkor kapjuk a rendezett mintát. Ezt ábrázolhatjuk a számegyenesen.Nagyszámú minta esetén (n > 50) osztályba sorolást végeznek, azaz a méréseredmények tartományát k egyenlő széles osztályba sorolják. A k értékének a megválasztására szolgáló ökölszabályok:

n ≤ 1000 esetén: , vagy

n > 1000 esetén:

Az osztály szélessége:

ahol xn az osztályban (szakaszban) előforduló legnagyobb, az x1 az osztályban előforduló legkisebb érték.Célszerű az osztályközepet viszonylag könnyen számítható x1 értékűre választani. A méréseredmények mindegyikét besorolják az értékének megfelelő osztályba, végül megszámlálják, hogy hány

12

méréseredmény jutott az egyes osztályokba. Ha i-edik osztályba ni méréseredmény jutott, akkor ni-t az i-edik osztály osztálygyakoriságának nevezik. A további feldolgozás során az osztályok középértékét tekintik méréseredménynek, tekintet nélkül arra, hogy az egy osztályba jutó méréseredmények valódi középértéke mekkora. A számításokban az osztályközepet az osztálygyakorisággal súlyozni kell.Különböző elemszámú minták összehasonlítására alkalmasabb, ha a relatív gyakoriságot határozzák meg:

;

Halmozott relatív gyakoriságon értik a vizsgált és annál kisebb osztályok relatív gyakoriságának az összegét:

Ez a szám közelítőleg megmutatja mekkora a valószínűsége az i-edik osztályközépnél kisebb méréseredményeknek.Szemléletesen ábrázolhatók az adatok a gyakorisági- (vagy a relatív gyakorisági-), továbbá az eloszlási hisztogram segítségével. Vízszintesen a számegyenes az osztályhatárokkal, függőlegesen az osztálygyakorisággal, vagy a relatív gyakorisággal arányos oszlopok képezik a gyakorisági hisztogramot, (2.1. ábra).

13

2.4. ábra. Gyakorisági hisztogram

Ha a függőleges tengely irányában a halmozott relatív gyakoriságot mérnek fel, az eloszlási hisztogramot nyerik, (2.2. ábra).A gyakorisági hisztogramok jól szemléltetik az eloszlás típusát.

2.5. ábra. Eloszlási hisztogram

Az eloszlási hisztogram a rendezett minta segítségével is megszerkeszthető. Ha n méréseredmény van, akkor minden egyes méréseredmény 1/n gyakorisággal fordul elő. Az eloszlási hisztogram ugráshelyeit az xi

14

méréseredményénél veszik fel, a szintugrások magassága mindig 1/n. Ha egyazon érték többször is előfordul, akkor egyszerre több szintugrás jön létre.

2.3. A statisztikai jellemzőkA statisztikai jellemzők lehetnek helyzeti és szóródási jellemzők. A helyzeti jellemzők megadják, hogy a mérési adatok hol csoportosulnak, a szóródási jellemzők azt mutatják, hogy a mérési adatok hogyan oszlanak el.

2.3.1. Helyzeti statisztikai jellemzők:

A számtani középérték vagy várható érték az egyedi méréseredményekből számítva

A relatív gyakoriságok ismeretében

A módus (M0) a leggyakrabban előforduló érték. Szimmetrikus eloszlás esetén a gyakorisági hisztogram maximumához tartozó érték.Medián (Me) az a mérési eredmény, amelynél kisebbek és nagyobbak előfordulási valószínűsége egyaránt 0,5. Páratlan számú minta esetében a rendezett minta középső eleme. Páros számú minta esetében a két középső minta átlaga.Szimmetrikus eloszlás esetében a medián az az xM

érték, amelyre F/xM/=0,5.A kvantilis a medián általánosítása. A kvantilisek azok az értékek, amelyek különböző adott arányokban osztják fel a mintát. Az első decilis például a mintának az az eleme, amely előtt a mintának 0,1-e utána 0,9-e áll. Elegendő számú kvantilissel az eloszlás közelítően jellemezhető.

15

2.3.2. A szóródási statisztikai jellemző:

A terjedelem a mintában előforduló legnagyobb és legkisebb érték közötti eltérés:

Átlagos négyzetes eltérés, vagy szórásnégyzet (variancia):

Egyszerűbb a számítás, ha az alábbi alakban fejezzük ki:

Az osztálygyakoriságok ismeretében:

A relatív gyakoriságok ismeretében:

A tapasztalati szórás az átlagos négyzetes eltérésből négyzetgyökvonással számított mennyiség

A szórás azt juttatja kifejezésre, hogy a mérési eredmények milyen mértékben ingadoznak az átlagérték körül.

2.4. A normáleloszlásA gyakorlati vizsgálatok sűrűség- és eloszlásábrái mindig összehasonlítandók valamilyen elméleti görbével, hogy az eloszlás jellegét (törvényszerűségét)

16

ellenőrizhessük, és hogy megfelelően értékelhessük a nyert eredményeket.Az építőanyag vizsgálatok értékelése szempontjából a legfontosabb valószínűségi eloszlás a Gauss-féle szabályos eloszlás. Az építőanyagok tulajdonságaival kapcsolatos értékelések azt mutatják, hogy a mérési eredmények közelítően a szabályos eloszlásból kiragadott mintasorozat elemeinek tekinthetők, a Gauss-féle hibatörvényt követik.

a) A Gauss-féle sűrűségfüggvény:

A függvény tulajdonságai:

A középérték μ z x, ahol a sűrűség maximum. A görbe μ középre tükrös. A középtől s z σ (szórás) távolságra a görbének

inflexiója van. A görbe a szórás értékének csökkenésével

rohamosan emelkedik (középre tömörül). Az átlagos abszolút eltérés d = δ = 0,7979 σ. A függvény haranggörbe alakú, és a görbe alatti

teljes terület eggyel egyenlő, (2.3/a. ábra).

A függvény egyszerűbb alakra hozható a:

esetlegességi változó bevezetésével. A középre μ = 0 és σ = 1 felvételével, a függvény egységesen ábrázol minden szabályos eloszlást, csupán a léptéket kell megfelelően megválasztani. Ez az un. egységnyi szórású Gauss-féle sűrűségfüggvény (2.4/a. ábra):

17

b) A sűrűségfüggvények összeggörbéje, vagy integrálgörbéje a Gauss-féle eloszlásfüggvény:

A Gauss függvény és az egységnyi szórású Gauss függvény eloszlásfüggvénye az 2.3/b és a 2.4/b ábrákon látható.

2.6. ábra. Normális eloszlás: a) sűrűség-; b) eloszlás függvénye

18

2.7. ábra. Egységnyi szórású eloszlás Gauss-féle: a) sűrűség-; b) eloszlás függvénye

2.5. A küszöbértékAz anyagvizsgálat során nagy jelentősége van a küszöbértéknek.Az eloszlásfüggvénynek x helyen vett értéke: F/x/ megmutatja, hogy x-nél kisebb értékek előfordulásának mekkora a valószínűsége. Az anyagokkal szemben támasztott minőségi követelmények nem abszolút jellegűek, hanem bizonyos kockázatot vállalni kell és ennek mértéke előre meghatározható.Például megengedi, hogy egy téglaszállítmány 1‰-ének a szilárdsága (vagyis jelképesen minden ezredik tégla) egy meghatározott szilárdságértéknél kisebb is lehet. Ha ismerik a szállítmány szilárdságának eloszlását, akkor kikeresik az eloszlásfüggvényen azt az értéket, amelyre F/x/ = 0,001. Megállapítják, hogy a középérték /μ/ és az x0,001 közötti különbség hányszorosa a szórásnak /σ/-nak. Ezt a szorzót α-val jelölve a küszöbszilárdság a következőképpen definiálható:

19

Tehát a középértékből /μ/ a szórás /σ/ annyi szorosát /α/ kell levonni, hogy a kockázat éppen a tervezett legyen. Az így kapott Kα-nál kisebb eredmény már csak a tervezett mértékben (pl. 1‰) fordulhat elő. Tehát α a kockázattól függő szám.Az új minősítő szabványok már ezt az elvet valósítják meg. Az anyag akkor felel meg, ha legfeljebb a tervezett mértékben tartalmaz Kα-nál kisebb eredményeket.Vagyis a küszöbérték olyan érték, amelynél kisebb, adott statisztikai jellemzőkkel és eloszlástípussal rendelkező halmazban csak egy előre meghatározott – rendszerint nem nagy – valószínűséggel fordulhat elő. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy a kockázat mértéke független legyen a középértéktől és a szórástól, tehát a munka jóságától.Ha pl. azt a kikötést tesszük, hogy azokat az anyagokat még elfogadjuk, amelyek szilárdsága a középtől (balra) 2 σ-ra van, akkor F/2 σ / = 0,0228=2,28%. Ez azt jelenti, hogy 2,28%-ban számolhatunk selejtes árúval a halmazban, avagy 97,72%-ban lehetünk biztosak abban, hogy megfelelő a (termék) halmaz. Ez az egyoldali biztonság.Ha például egymáshoz illeszkedő előregyártott elemek méretmegadásánál azt is kikötjük, hogy maximum 2 σ értékű méreteltérés lehet, akkor a -2 σ és a +2 σ közötti értékek előfordulási valószínűsége, kétoldali biztonsága =100-2,28-2,28=95,44%.A 2.5. ábra azt szemlélteti, hogy különböző szórású eloszlások esetén adott előfordulási gyakorisághoz tartozó küszöbérték és középérték igen eltérő lehet.

20

2.8. ábra. Küszöbérték különböző esetei normális eloszlás esetén: a) azonos középértékű; b) azonos

küszöbértékű eloszlások

2.6. A sztochasztikus kapcsolat kifejezése tapasztalati összefüggések segítségével

2.6.1. A feladat jellemzése

A feladat annak meghatározása, hogy hogyan változik meg egy változó értéke, ha egy másik változó értéke megváltozik. A két valószínűségi változó között szoros függvénykapcsolat nincs. Azért, hogy a kapcsolat mégis kezelhető legyen, olyan függvényeket kell konstruálni, amelyek a lehető legjobban kifejezik az adott sztochasztikus kapcsolat jellegét. Az ilyen függvényt a továbbiakban középgörbének nevezzük. Fogalmilag ez nagyon hasonló az egyetlen valószínűségi változó eloszlásának helyzeti statisztikai jellemzőihez.A középgörbétől az egyes eredmények helyes illesztés esetén is eltérnek. Ezt reziduális eltérésnek nevetik. A reziduális eltérés a szóródáshoz hasonló fogalom.Mind a középgörbe meghatározására, mind a kapcsolat szorosságának jellemzésére többféle módszer ismeretes.

2.6.2. Az adatok ábrázolása

Két változó közötti kapcsolat legegyszerűbben Descartes-féle koordináta rendszerben szemléltethető. Az x tengelyen az egyik, az y tengelyen a másik változó

21

értékei szerint felrakott méréseredmény párok egy pontmezőt határoznak meg. E pontmező is alkalmas első, szemlélet szerinti tájékoztatásra, mind a függvény jellegét, mind a szóródás mértékét tekintve, (2.6. ábra). Megjegyezzük, hogy ezt az ábrázolást numerikus (pl. számítógépes) feldolgozás esetén sem célszerű mellőzni. Ez esetben elkerülhetők a regressziós elemzés durva hibái, (pl. helytelen függvény felvétele).A valószínűségi változók transzformációja lehetőséget ad arra, hogy valamilyen praktikus, könnyen kezelhető függvényalakot nyerjünk. (Pl. az egyik változó értékeit „K” logaritmikus léptékben ábrázolva, közelítően egyenest kapunk.)

2.9. ábra. Két változó közötti kapcsolat (pontmező) ábrázolása pl. betonszilárdság és az ultrahang terjedési

sebessége közötti sztochasztikus kapcsolat

2.6.3. A középgörbe szerkesztésének módszerei

a) Középgörbe illesztése „szabad szemmel”

Matematikai szempontból nem tekinthető korrekt eljárásnak, de a gyakorlatban, széles körben alkalmazott módszer szerint a méréseredmények halmazára szabadkézzel vagy vonalzóval rajzolnak

22

olyan görbét, amely a pontmező közepén halad. Tájékozódásra az ily módon szerkesztett középgörbék is kiválóan alkalmasak lehetnek, (2.7. ábra).

2.10. ábra. Középgörbe illesztése szabad szemmel pl. betonszilárdság és az ultrahang terjedési sebessége

közötti sztochasztikus kapcsolat

b) Középgörbe szerkesztése csoportátlagok alapján

Az egyik (pl. x) változó szerint az eredményeket egyenlő szakaszokra osztják. Minden szakaszban külön meghatározzák a méréseredményeket x és y változó szerinti csoportátlagát. Az így kapott pontok összekötésével kapott görbe jó közelítése az összefüggést kifejező görbének, (2.8. ábra).

23

2.11. ábra. Középgörbe illesztése csoportátlagokra

2.6.4. A lineáris regresszió

A regresszió számítás lehetővé teszi, hogy (xi, yi) pontokon át regressziós görbét, elsősorban regressziós egyenest fektethessünk. Erre legalkalmasabb a legkisebb négyzetek módszere, amely szerint az a függvény adja a mérési eredmények legmegbízhatóbb közelítését, amelyre vonatkozóan a függvénytől való eltérések (hiba) négyzetösszege minimum. A regressziós egyenes számítását elvi példában mutatjuk meg.Ábrázoljuk X-Y koordinátarendszerben az xi-yi mérési eredményeket. Feltételezésünk szerint ezek jól közelíthetők az

egyenessel. Az így előállított regressziós egyenes a hibákat az Y-tengely irányában minimalizálja. Az eltérés az i-edik érték esetében

Az eltérések négyzetösszege

24

A minimumfeltétel teljesül, ha

A megoldás

regressziós együttható

A képletekben

átlagértékek

szórásnégyzetek

25

Akkor mondjuk, hogy két valószínűségi változó (pl. kockaszilárdság és víz-cementtényező) egymással korrelál, ha valamilyen módon függnek egymástól. A korreláltság mértékét fejezi ki az r korrelációs együttható. Értéke ± 1 közötti. r = 0 esetén az x-y érték párok egymástól függetlenek, a pontokat nem lehet egyenessel megközelíteni, r = ± 1 esetén köztük a függőség teljes, a pontok egy egyenesbe esnek.Az r2/100 kifejezés azt juttatja kifejezésre, hogy Y változását milyen mértékben okozza X változása.Ha a függvény nem lineáris, akkor is használható fenti függvénykeverési mód, ha a függvény linearizálható.

Pl.

összefüggés linearizált alakja helyettesítéssel

Pl: függvény linearizálható úgy, hogy képezzük a

logaritmusát

lg y = lg a – x lg b

A linearizált függvény alakot

Y= lg y

A = lg b

B = lg a helyettesítéssel kaphatjuk

Y = B - Ax

A regresszióVannak esetek, amikor a lineáris regresszió számítás már pontatlan, ilyenkor a nem lineáris regressziós

26

számításhoz folyamodunk. Nem lineáris regresszióra példaként a másodfokú parabolát említjük meg

Y = a + bx + cx2

A számítás a hibanégyzetek minimalizálása elve alapján a fentiek szerint végezhető el.

2.7. Az építőanyagok minősítése

2.7.1. A mintavétel általános szabályai

A minősítés célja a minőség ellenőrzése. A minőség az alkalmasság mértéke, amellyel valamely termék képes megfelelni használati céljának. A minősítés alapja a vizsgálat.Természetesen nem vizsgálhatunk meg minden terméket, ezért próbavételre van szükség. Az ellenőrzésre kerülő darabok összességét alapsokaságnak (halmaztermék) nevezzük. A terméknek (alapsokaságnak) valamely szabvány vagy más megállapodás alapján meghatározott nagyságú, minősítésre bocsátott mennyisége a tétel. A folyamatosan gyártott vagy tételekben minősítésre bocsátott termékeknek a vizsgálat céljára elkülönített része, amelynek a vizsgálata alapján a tételt minősítik, a próba vagy minta.A mintavétel során az alábbi szabályokat kell betartani.

a) A tételt egyértelműen kell definiálni (pl. 200000 db tömör égetett agyagtégla, 50 m3 beton, 60t acél, stb.), de mintát kell venni, ha az alapanyagok, vagy a gyártás körülményei megváltoznak. Építőanyagok minősítéséhez a tétel nagyságát (elemszámát, stb.) szabványok írják elő.

b) A tételből a mintát általában véletlen jellegűen kell venni, ami azt jelenti, hogy a tétel minden egyes darabjának egyenlő esélye van a bekerülésre. Pl. állandó minőség feltételezése esetén a mintát meghatározott időpontokban veszik, vagy minden n-edik legyártott darabot tekintik mintának, vagy a

27

legyártott tételből a véletlen számok táblázata alapján veszik a mintát.

c) A mintának elegendő nagynak kell lenni, úgyhogy a középérték és a szórás bizonyos valószínűséggel meghatározható legyen. Ha a tétel teljesen ismeretlen, akkor 30-50 elemes mintavétel a célszerű. Ha a gyártási folyamatból ismert a szórás, akkor a 10 elemes minta is megbízható a minősítéshez.

A minta megbízhatósága nem attól függ, hogy a tétel hányadrészét tekintettük mintának, hanem a minták elemszámától függ. Pl 40 db-os mintával éppúgy lehet minősíteni 1000 db-os tételt. Döntő a mintavétel véletlen jellege. Nagy tételek vizsgálata során azonban érdemes nagyobb elemes mintát venni, mivel a tétel árához képest úgyis kicsi a vizsgálati költség.Végül is gazdaságossági kérdések szabják meg a minta elemszámának a felső határát.

2.7.2. Az átvételi eljárás, a mintavételi jegyzőkönyv

Az építés helyén végzett tájékoztató vizsgálatról, akár szabványos, akár pedig közelítő jellegű, mindig jegyzőkönyv készítendő, amelyben a vizsgálat minden mozzanatát fel kell jegyezni. A tájékoztató jellegű vizsgálatokról készült jegyzőkönyvnek tartalmaznia kell:a vizsgáló helyszíni laboratórium megnevezését és telephelyét, a vizsgáló - - nevét;- a vizsgálat célját;- a próba mennyiségét, az elemek jelét, a próbavétel körülményeit a próbavételi jegyzőkönyv alapján;- az azonosításhoz szükséges adatokat, a tétel megnevezését, mennyiségét;- a vizsgálati módszert, az előírás megnevezését;- a vizsgálat során megállapított mérőszámokat és megfigyelt eseményeket;- a vizsgálattal összefüggő minden egyéb észrevételt.

28

A helyszíni vizsgálat az átvételi eljárásnak egyik fontos része. Az átvételi eljárás során a következőket ellenőrzik:

fajilag megfelel-e a kapott termék a megrendelt és a szállítólevélen szereplő termékféleségnek;

a tétel mennyisége megfelel-e a rendelt és a szállítólevélen feltüntetettnek;

a tétel minősége megfelel-e a rendelt és a szállítólevélen feltüntetett, vagy minőségi jellel, illetve minőségi bizonyítvánnyal igazolt minőségnek.

Ha mindezek teljesülnek, akkor a terméket átveszik. A termék átvettnek tekinthető akkor is, ha 8 napon belül kifogásolás nem történik. A kifogásolásról kifogásolási jegyzőkönyvet kell készíteni, amelyik a következőket tartalmazza:

a felvétel helyét és időpontját; a jelenlevők nevét, hatáskörét (átadó-átvevő); a szállító és átvevő megnevezését, szállítólevél

számát, keltét; a szállítmány érkezési időpontját, a termék tárolási,

őrzési módját; a termék megnevezését, bruttó, nettó súlyát, illetve

mennyiségét; a csomagolás állapotának leírását, telítettségi fokát; annak feltüntetését, hogy a csomagolási jelzés

megfelelő-e; a termék minőségi hibájának pontos leírását, a

feltehető előidéző okokat, a felmerült kár mértékét és az átvevő nyilatkozatát arról, hogy milyen igényeket kíván érvényesíteni, és végül

az átvevő és a szállító közötti esetleges egyéb megállapodásokat.

Ha a helyszínen nem tudnak megegyezni a minőség tekintetében, akkor közösen vesznek próbát, és a próbát vizsgáló intézetbe küldik be hitelesítő, minősítő vizsgálat elvégzése céljából.

29

A próbát a próbavételi jegyzőkönyv teszi hitelessé, amelynek az alábbiakat kell tartalmaznia:

a jegyzőkönyv felvételének időpontját és helyét; a próbavétel helyét és időpontját; a jelenlevők nevét és beosztását; a próbavevők nevét és beosztását; a tétel pontos megnevezését és mennyiségét; a tétel érkezésének időpontját, a fuvarlevél, vagy

szállítólevél keltét és számát; a szállítás, csomagolás, tárolás és őrzés módját; a szállító és megrendelő vállalat nevét; a próbavétel módját, a kiválasztott elemek számát; a próbavételkor talált selejtes vagy törött elemek

számát; a próbákra tett pecsétet vagy jelet; a próba csomagolási módját; azoknak a vizsgálatoknak a megnevezését,

amelyekhez a próbát vették.

A próbatesteket vagy a próba anyagát tartalmazó edényeket úgy kell megjelölni, hogy a jelölések alapján a próba elemei a próbavételi jegyzőkönyvvel, ill. központi laboratóriumi vizsgálat esetén a megbízólevéllel is egyértelműen azonosíthatók legyenek. A jelölés tartós, nehezen eltávolítható legyen, de ügyelni kell arra, hogy ne akadályozza a vizsgálatot, vagy ne változtassa meg a vizsgálandó próbatest tulajdonságait.A próbákat úgy kell tárolni, és szállítás esetén úgy kell csomagolni, hogy tulajdonságaik lehetőleg ne változzanak meg. Különösen fontos, hogy a vizsgált tulajdonság szempontjából ne szenvedjenek semmilyen változást. Szilárdsági vizsgálatra küldött próbatestet például úgy kell csomagolni (pl. fűrészpor és faforgács közé), hogy a szállítás folyamán ne repedjen meg, ne csorbuljon ki. A víztartalom vizsgálatára szánt próbatesteket vagy anyagokat alakjukhoz, ill. mennyiségükhöz alkalmazkodó edénybe kell tenni úgy,

30

hogy az edény belsejét az anyag minél jobban kitöltse, s az edényt légmentesen le kell zárni. Szemcsemegoszlás vizsgálat céljára vett próbák esetében, amikor a frakciókra bontott anyagot szállítanak ugyanolyan ládában, különösen ügyelni kell arra, hogy a különböző frakciókhoz tartozó anyagrészek ne keveredjenek össze.A hitelesítő, minősítő vizsgálatról bizonyítványt kell kiállítani (jegyzőkönyv), amelynek tartalmaznia kell a mintákkal együtt beküldött próbavételi jegyzőkönyv adatait, a vizsgálat alapjául szolgáló szabvány számát, a vizsgálat időpontját és eredményét, és a vizsgálattal kapcsolatos szükséges megjegyzéseket.

2.7.3. A vizsgálati eredmények értékelése

A minta több elemből áll és ugyanannyi eredmény áll rendelkezésünkre, amennyit megvizsgáltunk. Az eredmények értékelése során választjuk ki azt a mérőszámot, amely majd a minősítés alapjául szolgál. Ezt minősítési értéknek nevezik Az értékelés módja többféle lehet, rendszerint valamelyik matematikai statisztikai jellemző felhasználásával:- egyetlen megállapítás-,- átlag-,- legnagyobb vagy legkisebb egyedi vizsgálati eredmény-,- átlag- és legkisebb egyedi érték-,- átlag és terjedelem-,- átlag és szórás-, ill.- küszöbérték alapján.

a) Értékelés egyetlen megállapítás alapjánEgyszerűbb esetekben az értékelés elvégezhető egyetlen megállapítás alapján. Pl. a cement térfogatállandó, ha a térfogat-állandósági vizsgálat során készített próbatestek egyike sem repedt meg.

b) Értékelés az átlag alapjánGyakran adja az átlag a minősítés alapjául szolgáló mérőszámot. Pl. bitumenes papírlemez szakítóerő vizsgálata során a 10 db szakítási eredmény átlaga alapján kell a minősítést elvégezni, pl. beton

31

vízzárósági vizsgálata során a minősítő érték meghatározásának alapja a számtani közép.

c) Értékelés a legnagyobb vagy a legkisebb egyedi vizsgálati eredmény alapján, például

a tégla vízfelvevő képességét 4 db téglán kell meghatározni. A minősítő értéket a legnagyobb vízfelvétel adja.

a tégla fagyállóság-vizsgálata során a vizsgált 4 db tégla közül azt kell mértékadónak tekinteni, amely a legkevésbé fagyálló.

tégla mész és márgazárványok okozta károsodása vizsgálata során a vizsgált téglák minősítési értéke a legnagyobb mértékű lepattogzás.

a beton kopásállósági vizsgálata során a minősítő érték a legjobban lekopott minta kopásának a mértéke.

d) Értékelés az átlag és a legkisebb egyedi érték alapján.Az égetett agyagtégla szilárdsága az átlag és a legkisebb egyedi érték alapján minősíthető.

e) Értékelés az átlag és a terjedelem alapján.Erre a legjellemzőbb példa a mérettűrés megadása. Pl. tömör tégla méreti:65±5 mm; 120±5 mm és 250±10 mm.

f) Értékelés az átlag és a szórás alapján.Pl. mozaiklap esetében a hajlítószilárdság vizsgálata során a minősítő értéket az átlag és az egyszeres szórással csökkentett átlag szolgáltatja. Ebbe a csoportba sorolható az az eset, amikor a minősítési értéket a variációs tényező segítségével határozzák meg. Ez akkor jó, ha a szórás nő a szilárdsággal. Beton esetében az nem áll fenn.

g) Értékelés a küszöbérték alapján

Méretezési szabványaink és a termékszabványaink is a szilárdságok minősítési értékének általában a küszöbértéket tekintik. Az építőipari

32

minőségellenőrzésre vonatkozó ajánlások a 2,28%-os előfordulási gyakorisághoz tartozó küszöbértéket javasolják minősítési értékként. Ezt a küszöbértéket normális eloszlás esetén

x0,0228 = x – 2 s

képlettel számítható, azaz a minősítő érték a kétszeres a szórással csökkentett átlagérték. Természetesen az a körülmény, hogy a küszöbértékek milyen előfordulási gyakoriságúra választják, az a vállalt kockázattól függ. Ha a vállalt kockázat nem 2,28%-os, hanem csak 0,135%-os, akkor a küszöbérték

x0,00135 = x – 3 s

képletből számítható. Persze a kockázatvállalás lehet nagyobb is alárendeltebb jelentőségű szerkezeti elemek esetében.

Az előzőekből látható, hogy a tétel minősítési értékét csak bizonyos valószínűséggel becsülhetjük meg. Kedvezőbb a helyzet, ha a szórás a gyártási folyamat során ismertnek tételezhető fel, ez esetben csak a középértéket kell a mintából meghatározni. Ha a vizsgálat során a szórást is és a középértéket is meg kell határozni, akkor a tévedés valószínűségének a csökkentése érdekében a küszöbértéket az

xmin = x – t s

képlet alapján számítják, ahol t a Student-eloszlás alapján meghatározott tényező és értéke a következőtől függ:

hány darab a minta? milyen előfordulási gyakorisággal határozzák meg a

minősítési értéket; milyen valószínűséggel óhajtják kizárni annak a

veszélyét, hogy tévesen ítélik meg a tétel minőségét a véletlenszerű mintavétel során.

33

A minta elemszámának a növelésével csökken t értéke és x0,0228 esetében 2-vel egyezik meg, ami a normális eloszlásnak felel meg. Ha a minta nagyszámú elemből áll, a szilárdság sűrűségfüggvényének a ferdeséget is figyelembe vehető, t értéke 2-nél kisebb is lehet.A küszöbszilárdság alapján végrehajtott minősítés során eltérő eredményt kapunk akkor, ha egy keverékből vett 20 db kockával minősítünk egy tételt vagy 20 keverékből veszünk egy-egy mintát. Előbbi vizsgálat fölösleges részletességgel tájékoztat arról az egy keverékről, de nem tájékoztat a napi termelésről.Hasonló eset, ha megépített útburkolatból km-ként 6 hengermintát kell kifúrni. Ekkor helyesebb az egy helyről vett 6 minta helyett, az egyenlő távolságból (pl. 150 m-ként) vett 6 db egyes minta.A 2.5. ábrából is jól látható, hogy ugyanazt a küszöbértéket különféle átlagértékkel lehet elérni. Azt, hogy előírt küszöbszilárdsági betont milyen átlagszilárdsággal érnek el, az a szilárdság szórásától függ. A küszöbszilárdságok előírása a beton készítőjét érdekeltté teszi abban, hogy megfelelő intézkedésekkel csökkentsék a szilárdság szórását.

2.8. Mintapélda

2.8.1. Leíró statisztika példa:

a feladat kisméretű tömör égetett agyagtéglák nyomószilárdság vizsgálata a leíró statisztika módszereivel. A tétel egy gyári szállítmányból kivett 470 db tégla (próbatest). Ezek törési eredménye a minta, amelyet nagyság szerint sorba állítva nyerjük a rendezett mintát. A nagy mintaszám könnyebb kezelhetősége érdekében osztályba soroljuk a rendezett mintát. Végezetül táblázatos formában kiszámítjuk a sűrűség-(ill. gyakoriság-) és az eloszlásdiagramokat, (2.1. táblázat), (2.9.-2.10. ábra).

34

2.5. táblázat.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Sor-szám

Szilárdság-határokN/mm2

Szakasz-középN/mm2

xi

Elemszámni

Relatív gyako-riságpi

Relatív gyakori-ságösszegeFi=Σpi

ti niti niti2

1 5,0-7,0 6,0 4 0,008 0,008 -6 -24 1442 70-90 8,0 0 0,000 0,008 -5 0 03 9,0-11,0 10,0 7 0,015 0,023 -4 -28 1124 11,0-

13,012,0 24 0,051 0,074 -3 -72 216

5 13,0-15,0

14,0 54 0,116 0,190 -2 -108 216

6 15,0-17,0

16,0 53 0,113 0,303 -1 -53 53

7 17,0-19,0

18,0 73 0,156 0,459 0 0

Σ(-) = -2858 19,0-

21,020,0 67 0,143 0,602 1 67 67

9 21,0-23,0

22,0 63 0,134 0,736 2 126 252

10 23,0-25,0

24,0 51 0,108 0,844 3 153 459

11 25,0-27,0

26,0 38 0,080 0,924 4 152 608

12 27,0-29,0

28,0 21 0,045 0,969 5 105 525

13 29,0-31,0

30,0 9 0,019 0,988 6 54 324

14 31,0- 32,0 2 0,004 0,992 7 14 98

35

33,015 33,0-

35,034,0 2 0,004 0,996 8 16 128

16 35,0-37,0

36,0 0 0,000 0,996 9 0 0

17 37,0-39,0

38,0 2 0,004 1,000 10 20 200

Σ n = Σni =470 Σpi = 1,000 Σ(+) = 707 3402A nagyszámú mintát osztályokba soroljuk. A célszerűen alkalmazható szakaszok számának meghatározására n (a minta darabszáma) ismeretében többféle módszer ismeretes, pl.:

vagy

Jelen példában ez utóbbit választottuk, n=16+1=17 osztály mellett döntöttünk, mert így 2 N/mm2-ként osztályba tudtuk sorolni a rendezett (sorba rakott) mintát, és fel tudtuk rakni a gyakorisági- (2.9. ábra), és az eloszlási hisztogramot (2.10. ábra).

2.12. ábra. Sűrűség diagram

36

2.13. ábra. Eloszlás diagram

Kiértékelés:A legkisebb törési érték 5 N/mm2 volt és 38 N/mm2-nél nagyobb törési értéket nem tapasztaltunk. A terjedelem (R) számítása: R=/Rmax-Rmin/=38-6=32 N/mm2

A szakasz terjedelmét így 6 N/mm2-től – 38 N/mm2-ig 2,0 N/mm2-es lépcsőkben határozzuk meg, lásd a táblázat 2. oszlopát.

A szakasz átlagszilárdsága a táblázat 3.

oszlopában látható.Osztálygyakoriság (ni) egy-egy osztályban található elemek száma, a táblázat 4. oszlopában látható.A módusz (M0) a táblázat 3. és 4. oszlopából nyerhető. A legnagyobb mintaszámhoz (73 db) tartozó szilárdsági érték: Mo 18 N/mm2;A relatív gyakoriság (pi) ahol pi= ni /n) a táblázat 5. oszlopában számítottuk ki.A relatív gyakoriságok összege (Fi= pi) a táblázat 6. oszlopában látható.Az esetlegességi változó a módusz felhasználásával:

(xí) =(M0)+2ti

ahol a ti az egyes osztályok M0-tól való relatív távolsága.A ti értékei a táblázat 7. oszlopában láthatók.

37

Az ni x ti szorzatértékek a középértékek számításához a 8. oszlopban láthatók.Az ni x t2

i szorzatértékek a szórás számításához a 9. oszlopban láthatók.A táblázati értékek alapján az átlag, a szórásnégyzet és a szórás az alábbiak szerint számíthatók:A számtani közép számítása:

N/mm2

A szórásnégyzet és a szórás kiszámítása:

N/mm2

A matematikai statisztikában lehetséges négyzetes középeltérés kiigazítást –amely abból származik, hogy a szakaszok középértékéhez és nem a szakaszok súlypontjához rendeltük a másodrendű nyomatékok számítását –elhanyagoljuk.Jelen esetben a vizsgált minta x=19,8 N/mm2

középértékéből és a = 5,07 N/mm2-es szórásából megállapítható, hogy 19,85,07 = 14,73-24,78 N/mm2

között kell lenni a téglák szilárdságának.Az építőanyag vizsgálatok szempontjából a legfontosabb valószínűségi eloszlás a Gauss-féle, ill. más néven a normál eloszlás. A normál eloszlás előző feladatra való ráillesztésével (lásd 2.9. ábrát), meg lehet határozni pl. hogy mekkora annak a valószínűsége, hogy egy minta átlagszilárdsága 5,0 N/mm2 alá, ill. 25,0 N/mm2 fölé esik. A választ konkrét példán adjuk meg:

2.8.2. Példa:

Egy téglagyár évtizedek alatt több tíz- vagy százezer téglán végzett nyomószilárdsági kísérleteket. Ezen

38

vizsgálatok alapján kiszámították a téglaszilárdság várható értékét ( = 18 N/mm2) és szórását ( = 6 N/mm2). A jelenleg vizsgált szállítmánynak is meghatározható az átlagszilárdsága (x). Ezen adatok birtokában a normális eloszlás un. „Z” transzformációja segítségével lehet válaszolni a fenti kérdésre. Mivel a függvény alatti területtel arányos egy esemény bekövetkezésének valószínűsége, csak a megfelelő területeket kell meghatározniA téglagyári téglák szilárdságának várható értéke ( = 18 N/mm2) és szórása: = 5 N/mm2.Egy mintavétel során nyert átlagérték x = 20 N/mm2. Kérdés, hogy mekkora annak a valószínűsége, hogy a mintavétel során a minta átlagszilárdsága a fentiekben kiszámított 5 N/mm2 alá vagy 25 N/mm2 fölé essen, (2.11. ábra)

2.14. ábra. Normális- és standard normális eloszlás

Z1 = x1 - / = (5 - 18) / 5= -13 / 5= -2,6 0,0047 0,5%Z2 = x2 - / = (25 - 18) / 5= 7 / 5 = 1,40 1,000 - 0,919 = 0,081 8,1%A Z értékekhez a valószínűséget a standart normális eloszlás sűrűségfüggvénye alatti területek adják, lásd a függeléket. (A gyakorlatban a szilárdságvizsgálatoknál csak az alsó küszöböt vizsgálják.)A műszaki gyakorlat 5%-os szignifikancia szinttel dolgozik, azaz 95%-os biztonsággal, ill. un. 5%-os alulmaradási küszöbbel.

39

3. BETONKÉSZÍTÉS

3.1. A FRISS BETONAz előző szemeszterben megismerkedtünk a friss betonnal kapcsolatos alapfogalmakkal, mint pl.: betonkeverék, bedolgozott friss beton, keverési arány, víz-cementtényező, bedolgozási tényező, konzisztencia, bedolgozhatóság, telítettség, szétosztályozódás és próbakeverés. Fenti jellemzők némelyike kiszámítható, azaz számszerűsíthető jellemzője a friss betonnak.

3.1.1. A bedolgozási tényező vizsgálata

A bedolgozási tényezőt a próbakeverés során határozzák meg. Megállapításához a 3.1. ábrán feltüntetett faláda használható.

3.15. ábra. Szabványos mérőláda

A ládába belapátolják a betonhoz használt természetes nedvességtartalmú adalékanyagot ugyanolyan sorrendben, nedvességtartalommal és olyan módon (magasság, stb.), ahogyan a keverőgép térfogatmérő edényét is megtöltik. Majd óvatosan lehúzzák a fölös adalékanyagot. A mérőládában levő adalékanyag

40

tömegéből az adott körülményeknek megfelelő halmazsűrűség számítható.Utána ezzel az adalékanyaggal a tervezett betonösszetétellel elkészítik a betont, azt az építmény betonjával lehetőleg azonos technológiával ugyanebbe a ládába bedolgozzák, felületét simára egyenesítik, majd több helyen lemérik a magasságcsökkenést. A bedolgozási tényezőt a keverőláda térfogatának (Va) és a bedolgozott beton (Vb) térfogatának a viszonya adja:

3.1.2. A keverési arány számításának módszerei a cement és a víz-cementtényező ismeretében

A betontervezésből ismertnek tekinthető a cement fajtája és mennyisége (mc), az adalék fajtája és a frakció

%-os tömegaránya, Dmax, és víz-cementtényező.

Ezek ismeretében a keverési arány többféleképpen számítható.

a) A keverési arány számítása az összetevők sűrűségének ismeretébenA számítás menete a következő:Kiszámíthatjuk a cement tömör térfogatát (Vtc) és a víz térfogatát (Vv)

Az adalékanyag testtérfogatát 1 m3 beton térfogat szerinti összetételből számíthatjuk, ha feltételezünk L levegőtérfogatot (0-15 l célszerűen 15 l=1,5 térf %).

41

Az adalékanyag tömege testsűrűségének (ρTa) ismeretében:

Ezután az adalékanyag szemmegoszlási görbéjének, illetve az adalékanyag-frakciók százalékos megoszlásának ismeretében kiszámítjuk az egyes frakciók tömegét. Ha az adalékfrakciónak a minősége és így testsűrűsége is eltérő, akkor ezt a számítás során figyelembe kell venni.Az adalékanyag azonban nem száraz, emiatt mind az adalékanyag, mind a víz tényleges adagolása a fent számítottól eltér. A korrekciónál figyelembe vesszük az adalékanyag tényleges nedvességtartalmát (vn) és vízfelszívását, - melyet a 0,5 órás vízfelvétellel veszünk megegyezőnek – (v0,5), végül a párolgási vízveszteséget (vp).A javított (j) értékek, ha az adalékanyag egyetlen adalékfajtából áll:

az adalékanyagra

a keverővízre,

ill. a párolgási veszteséggel javított keverővíz

vp értékét a megkevert és a bedolgozott friss beton víztartalmának a különbségeként határozhatjuk meg. Fenti számításhoz ismerni kell a cement sűrűségét (ρc) és az adalékanyag testsűrűségét (ρa). Tájékoztató adatok:

ρc= 3,20 kg/l S54 350 pcS100 450 pcS100 350 pc esetén

ρc= 3,15 kg/l S100 350 kspc 20550 pc 450 Kpc

42

450 pc 350 pc eseténρc= 3,10 kg/l 450 kspc

20450 ppc 10350 ppc 10 esetén

ρc= 3,05 kg/l 350 kspc 20 eseténρc= 3,00 kg/l 350 ppc 20 eseténρc= 2,95 kg/l 350 K ppc 10 esetén

KH 250 kspc 40KH 250 ppc 20 esetén

ρc= 2,90 kg/l 350 kspc 40 eseténρTa= bazalt 2,90kg/l

andezit 2,20-2,80 kg/lfolyami homok és kavics

2,60-2,65 kg/l

tömött mészkő 2,60-2,80 kg/lhomokkő 2,00-2,50 kg/l

A megtervezett keverőarányt próbakeveréssel mindig ellenőrizni kell.A próbakeveréssel lényegében a bedolgozott beton testsűrűségét ellenőrizzük, de egyúttal meg kell állapítani, hogy a tervezett keverési arány biztosítja-e a megfelelő bedolgozhatóságot, ill. milyen „k” konzisztencia határok között biztosítja, továbbá, hogy a tervezett és a tényleges betonösszetétel mennyire egyezik. A próbakeverés elvégzéséhez felhasználható bármilyen, merevfalú, ismert térfogatú edény: rendszerint 20 cm élhosszúságú kockasablont használnak. Felhasználható a keverési arány meghatározásához a készítendő vasbetonelem ismert térfogatú mintája is.A próbakeverés során mindig olyan betont kell készíteni, amely az építés során bedolgozandó beton konzisztenciájának felel meg.

43

b) A keverési arány számítása a friss beton testsűrűségének előzetes megbecslésévelA bedolgozott beton testsűrűsége ρTb. Ez egyenlő 1 m3 beton tömegével. Mivel a betontervezésből c és x ismert, az adalékanyag tömege számítható

, ahol .

Ezt a tömeget osztják el az adalékanyag-frakciók arányában, majd nedvességtartalom, vízfelszívás, párolgási veszteség miatti korrekciót az előbbi fejezet szerint végzik el. Ezt követi a próbakeverés. Ha az elkészített beton testsűrűsége eltér a becsült testsűrűségtől, a mért testsűrűséggel a számítást meg kell ismételni.

c) A keverési arány számítása a bedolgozási tényező felvétele alapjánHa a bedolgozási tényezőt becsülik meg, akkor az adagolást a továbbiakban végezhetik tömeg szerint térfogat szerint. A cementet a térfogat szerinti adagolás esetén is tömegben adagolják.

d) A tényleges keverési arány és betonösszetétel meghatározásaA munkaközi (gyártásközi) minőség-ellenőrzés során szükség lehet arra, hogy a megkevert beton keverési arányát, vagy a bedolgozott friss beton összetételét alkotókra való bontással ellenőrizzék.Ezt a vizsgálatot a kötési idő megkezdése előtt (a beton vízzel való érintkezésétől számított 1 órán belül) el kell végezni. Ez lehetséges a keverés befejezésekor, szállítás közben, vagy a bedolgozás után.A vizsgálathoz D ≤ 32mm esetén 3×5 kg, D > 32 mm esetén 3×10 kg tömegű próbát vesznek. Két próbán a vízmennyiséget, a harmadikon a cementtartalmát és az adalékanyag szemmegoszlását állapítják meg. Ha a friss beton testsűrűségét is meg akarják határozni, akkor legalább egy db 150 vagy 200 mm élhosszúságú kockát is készítenek.

44

A víztartalom vizsgálatát és a próbatest tömörítését a próbavételtől számított 15 percen belül kell elkezdeni. Használható módszer a spiritusszal való kiégetés (kiszárítás) is.A mintát kb. 105°C hőmérsékleten tömegállandóságig kiszárítják. A víztartalom (v) a nedves (mn) és a kiszárított (m0) minta ismeretében

A víztartalom nedves keverék tömegszázalékában kifejezve

Ha az 1 m3 betonban levő vízmennyiséget akarják kiszámítani, akkor a betonból 20 cm élhosszúságú kockát készítenek és meghatározzák annak tömegét (m200) kg-ban. A bedolgozást ugyanúgy végzik, mint a vizsgált építménynél. Az 1 m3 betonban levő vízmennyiség

A cementmennyiség meghatározásához az (mn) nedves tömegű betonmintát folyóvízzel átmossák a 4 mm-es rostán, további 1 és 0,09 mm lyukbőségű szitán. A szitákon és rostán fennmaradt adalékanyagot tömegállandóságig szárítják és lemérik (m0a). Ebből a beton 90 μm-nél kisebb finomszem része:

A v víztartalmat az előző fejezet szerint határozzák meg. Ha az adalékanyag a cement tömegének 3%-ánál kevesebb, 0,09 mm-nél finomabb részt tartalmaz, akkor közelítőleg az m0,09 = C, azaz a cement tömegével tekinthető egyenértékűnek.

45

Ha az adalékanyag finomrésze 3%-nál több, akkor azt az eredeti adalékanyag vizsgálatával meghatározzák. Ezáltal korrigálják a cement tömegét a következő képlet szerint számítják:

ahol φ(%) az adalékanyagnak 0,09 mm-nél kisebb része. Az 1 m3 beton cementtartama

(kg/m3)

A víz-cementtényező ezután v és c ismeretében számítható.1 m3 betonban levő száraz adalékanyag tömegét a következőképpen számíthatjuk:

(kg/m3)

Az adalékanyag szemmegoszlását az anyag osztályozó vizsgálatával határozhatjuk meg.

3.1.3. A pórustartalom meghatározása

A légpórustartalom meghatározására szolgáló eljárások közül az un. nyomásmódszer a leggyakoribb. Ez a Boyle-Mariotte törvényen alapszik, amely szerint az ideális gáz p nyomásának és V térfogatának a szorzata állandó hőmérsékleten változatlan marad (p V = constans). Kis elhanyagolásokkal ezt a törvényt alkalmazhatják a friss betonban levő normális levegőre.A vizsgálat során ismert térfogatú edénybe ugyanúgy dolgozzák be a betont, mint a készítendő szerkezetbe, (3.2. ábra).

46

3.16. ábra. Pórustartalom közelítő meghatározása

Az edényt fedéllel lezárják, és a beton és a fedő közötti teret megtöltik vízzel. A fedélen V1 térfogatú nyomókamra van, és azt megtölti p1 nyomású levegővel. A szelep kinyitása után a p1 légnyomás a vízen és a betonon átadódva összenyomja a betonban levő (Vl) levegőt. Ezen közben a levegő összes térfogata V2 = V1

+ Vl mértékűre nő, míg a nyomása p2-re csökken. Fentiekből következik, hogy:

és

A légpórustartalom úgy számítható, hogy Vl térfogatot a beton (edény) térfogatára (V = Vb) kell vonatkoztatni.

(térf.%)

47

A készülékek mérőórájának számlapját V1, p1 és V ismeretében L%-ra kalibrálják.

3.1.4. A telítettség közelítő meghatározása

Meghatározzák az adalékanyag testsűrűségét (ρTa), majd a felületén száraz adalékanyagot bedolgozzák (tömörítéssel) 20 cm élhosszúságú kocka vagy Φ15/30 hengersablonba és meghatározzák a halmazsűrűségét (ρHa).

ill.

[l/m3]

Ezután kiszámítják az 1m3 betonra eső cement és víztartalmat, amely együtt a tervezett péptérfogatot (Vp) adja.

(m3)

Ha a betont légpórusképző adalékszerrel készítik, akkor az így képződött légtartalom a péptérfogatba beszámítandó.Ha vp < h, akkor a friss beton telítetlen és a keverési arányt meg kell változtatni úgy, hogy

1,05 ≥ vp ≥ h

legyen. Ha vp > h, akkor a beton túltelített.A tényleges telítettség erősen függ a beton tömörítési módjától.

3.1.5. A vérzés

A vérzés az a jelenség, amely során a friss beton, ill. habarcs megdermedése előtt a vizet feladja. Ezzel ugyan látszólag csökken a víz a betonban, és ez a szilárdság szempontjából általában kedvező, de ez csak akkor lesz előnyös, ha a dermedés vége előtt a betont

48

utántömörítik és ez által a kapilláris pórusok eltömődnek.A vérzés egyrészt azért káros, mert a víz finom kötőanyag- és adalékanyag-részecskéket visz magával a beton felszínére, és ez a réteg hamar lekopik vagy lefagy (útbeton) és a betonra felhordandó más rétegek rosszabbul tapadnak. Másrészt a víz felemelkedését a nagy kavicsszemcsék és az acélbetétek akadályozzák, ezek alatt un. vízzsákok keletkeznek, amelyek helyén kis üregek maradnak vissza.A vérzés a cement fajtájától, őrlési finomságától, a kötés kezdetétől, a lisztfinomságú részek (cement+0,25 mm alatti homok) mennyiségétől függ. Csökkenteni lehet nagy fajlagos felületű puccolánok adagolásával.

3.1.6. A „zöld” szilárdság

A gyors kizsaluzás és a rázkódások hatásának a megítélése szempontjából érdekes lehet a friss betonnak az a „szilárdsága”, amely csak a kohézión és a belső súrlódáson alapszik. Ezt „zöld” szilárdságnak szokás nevezni. Ez a szilárdság 0,35-0,45 v/c és tört adalékanyag esetén 0,2-0,3; kivételesen 0,5MN/m2. A karcsúság hatása nagyobb, mint megszilárdult beton esetében. A henger és a kocka szilárdság aránya csak 0,25 (szilárd beton esetén 0,75), a húzó és nyomószilárdság aránya is kedvezőtlenebb, mint szilárd betonnál.

3.2. A MEGSZILÁRDULT BETON SZILÁRDSÁGI VIZSGÁLATAI

A beton nyomószilárdsága meghatározható törésvizsgálattal, ez az un. „pontos” de roncsolásos vizsgálat, ill. valamilyen közelítő, de roncsolás-mentes vizsgálattal.

3.2.1. A beton roncsolásos nyomószilárdság vizsgálata

A törésvizsgálatoknál a beton nyomószilárdsága függ a próbatestek alakjától és méreteitől. Más-más méretű és formájú próbatesten más-más szilárdsági értéket

49

kapunk. A szabvány változását követve három féle próbatesten mért szilárdsági értékeket érdemes figyelemmel kísérni. Legrégebben a 200x200 mm élhosszúságú kockán, majd a 150mm átmérőjű és 300 mm magas hengeren és végül ma a 150x150 mm élhosszúságú kockán mért 28 napos nyomószilárdságot tekintettük, ill. tekintjük a beton nyomószilárdságának. A régi szabvány szerinti betonjelölésben - pl. B 200- a betűjel a beton testsűrűségét (2000-2500 kg/m3), a szám a beton nyomószilárdságát jelölte kp/cm2-ben. Ez az SI-rendszerben a 20N/mm2–re változott. A gyakorlatban a szabvány ma az utóbbi kettőt, azaz a hengeren, és a kis kockán mért nyomószilárdságot adja meg, ami egyben a két próbatesten mért eredmény megfeleltetését is jelenti, pl. C25/30, ahol a 25 a hengeren, a 30 a kis kockán mért nyomószilárdságot jelöli N/mm2-ben.Meglévő műtárgyak betonszilárdságának ellenőrzéséhez magmintát kell venni fúrással a szerkezetből. A magminta hossza lehetőleg 3d legyen. A minta nyomólapjait cementhabarcs simítással párhuzamossá kell tenni.A próbatestek nedvességtartalma mind az utószilárdulást, mind a nyomószilárdságot erősen befolyásolja, ezt a próbatestek tárolásánál figyelemmel kell kísérni.

3.2.2. A beton roncsolásmentes nyomószilárdság vizsgálatai

Az utóbbi időben ezek a roncsolásmentes vizsgálatok előtérbe kerülnek egyrészt azért, mert a ténylegesen megépített építmény szilárdságát lehet velük minősíteni, másrészt pedig azért, mert a roncsolásmentes vizsgálatok nem teszik tönkre magát a szerkezetet. Több módszer ismeretes, de gyakorlatilag két módszert használunk, ezek

az akusztikus impulzusok terjedési sebességének mérésén alapuló módszer;

a beton felületi rétegének keménységmérésén alapuló módszer.

50

Az elsőhöz a betonoszkópot, a másodikhoz a Schmidt rugóskalapácsot használják.A szilárdságbecslést az teszi lehetővé, hogy a mért fizikai jellemzők és a bteonszilárdság sztochasztikus kapcsolatban vannak. Ez azt jelenti, hogy a két változó nem független, de nem áll fenn közöttük függvényszerű kapcsolat sem, azaz egyik változó értéke nem határozza meg egyértelműen a másik változó értékét, (2.6.1. pont). Ebből származik a roncsolásmentes vizsgálatokkal kapcsolatos nehézségek legnagyobb része.A függvényeket kísérlettel lehet megszerkeszteni. Törővizsgálat előtt igen sokféle összetételű és állapotú beton próbakockát vizsgálnak meg roncsolásmentes módszerekkel is. Az eredményeket diagrammban ábrázolhatjuk (3.3. ábra). A pontmező alapján matematikai módszerekkel határozhatjuk meg azt a függvényt, amely körül a méréseredmények szóródnak.Ha megvizsgáljuk az i-edik méréseredményt, azt találjuk, hogy a függvény és a méréseredmény között eltérés van (h1). Valamennyi méréseredmény figyelembevételével meg kell szerkeszteni az eltérések eloszlásfüggvényét (F/h).Ezután felveszünk egy kockázati szintet, például 5%-ot. Meghatározzuk az eltérések azon értékeit (h5), amelyeknél nagyobb eltéréseknek az előfordulási valószínűsége 5%, jele: Fh=0,05. Ezt az értéket a középgörbétől lefelé mérve kapjuk az alsó küszöbgörbét.

51

3.17. ábra. Szilárdságbecslés roncsolásmentes módszerekkel

Egy műtárgy vizsgálata alkalmával általában csak roncsolásmentes mérés végeznek. A mérési eredményekhez a középgörbéről leolvasható a szilárdság legvalószínűbb értéke, a küszöbgörbéről pedig az az érték, amelynél kisebbnek az előfordulási valószínűsége 5%.A tapasztalati függvények menetét és a szórásértékeket sok tényező befolyásolja. A fontosabbak ezek közül:

a műszer és a mérési módszer jellemzői, a beton alkotóinak minősége (adalékanyagfajta, stb.), a beton összetétele (v/c, péptérfogat, stb.), a bedolgozás hatékonysága (tömörség, zárványok,

stb.), a szilárdság körülményei (nedves és száraz

utókezelés, stb.), a beton kora, a beton állapota a vizsgálatkor (víztartalom, stb.).

52

E tényezők hatásának vizsgálata útján igyekeznek a kutatók a roncsolásmentes vizsgálatok megbízhatóságát növelni.A felületi keménység mérésén alapuló módszerekkel csak a betonfelszínhez közeli, néhány mm vastag betonréteg tulajdonságait vizsgáljuk.Az eredményeket befolyásolja az a körülmény, hogy a felület gyorsabban szárad, mint a beton belseje, így a cement is másképpen hidratálódik. Továbbá a felületi rétegekben a mészhidrát kalcium-karbonáttá alakul, ami szilárdságnövekedéssel jár. Végül szerepet játszik a zsaluzat vízáteresztő- és vízszívó képessége, a beton szétkeveredése. Pl. vasbeton födémek alsó oldala mindig keményebb, mint a felső. Kis péptartalmú betonban valószínűleg a cementkőnél nagyobb keménységű adalékanyag keménységét mérik meg.A hang terjedési sebességének mérésén alapuló módszerekkel kapott eredményt befolyásolja a szerkezeti elem alakja és mérete, az acélbetétek mennyisége és elhelyezkedése, a betonban levő repedések, pórusok. A roncsolásmentes szilárdság becslő eljárások alkalmazási területe:

a) A roncsolásmentes vizsgálati módszerek elsősorban a beton minőségegyenletességének vizsgálatára alkalmasak, ha a cement- és az adalékfajta azonos és a betonösszetétel nem változik jelentősen. A jó és rossz tartományokat jól körül lehet határolni. Ebben van a módszer igazi jelentősége.

b) A szilárdsági osztály becsülhető, ha erre a betonösszetételre és használt készülékre vonatkozóan hitelesítő görbe áll rendelkezésre, feltételezve az azonos zsaluzatot és azonos szilárdulást.

c) A nyomószilárdság viszonylag pontosan meghatározható olyan betonüzemben, vagy nagy építkezéseken, ahol a betonösszetétel alig változik és a szilárdságkülönbségek az eltérő vízadagolásra és

53

tömörítésre vezethetők vissza és elegendő számú viszonyító érték áll rendelkezésre.

3.2.3. A húzószilárdság meghatározása

A beton húzószilárdsága a próbatest alakjától, méreteitől, a terhelés módjától, valamint a beton állapotától függ. Lényegében három vizsgálati mód terjedt el, nevezetesen

tiszta húzóvizsgálat; hajlító vizsgálat; hasító vizsgálat, (3.4. ábra).

A hajlító vizsgálatnak két változata ismert:

a középen ható egy koncentrált teherrel-, ill. a harmad pontokon ható két koncentrált teherrel

elvégzett vizsgálat.

3.18. ábra. A húzószilárdság vizsgálata: a) tiszta húzó-; b) hajlító-húzó-; c) harmadpontos-; d) hasító szilárdság

vizsgálattal

Az utóbbi hármat lehet „kvázi” húzószilárdságnak is nevezni.

54

a) Tiszta húzóvizsgálatot csak elméleti célú kutatásokhoz végeznek, mivel a centrikus erőátadást nagyon nehéz biztosítani. A próbatesteket általában úgy alakítják ki, hogy azok a befogás környékén vastagabbak, mint a középső részén.

b) A hajlító-húzó vizsgálat eredménye lényegesen függ a próbatest méreteitől, a terhelés módjától, valamint a próbatest állapotától. Minél kisebbek a vizsgált gerendának a méretei, a hajlító-húzó szilárdsága annál nagyobb.A terhelés módja is lényegesen befolyásolja a hajlító-húzószilárdságot. Kétféle terhelési mód szokásos, nevezetesen a középen egy erővel terhelt gerenda, valamint a harmadpontos terhelés. A központos terhelés kedvezőtlenebb a harmadpontos terhelésnél, ugyanis a gerenda ritkán törik a legnagyobb nyomaték helyén és a terhelő erő sem koncentrált, hanem a tehereloszlás miatt megoszló. Számolni azonban mindig a legnagyobb nyomatékkal, Fl/4 szoktak. A hajlító-húzószilárdság lényegesen függ a próbatest nedvességi állapotától. Legnagyobb abban az esetben, ha a próbatest vízzel teljesen telített, és kisebb részben kiszárított vagy száradó próbatest esetén. A légszáraz állapot a kettő közötti állapot, ezért a hajlító-húzószilárdságot egyértelműen csak vízzel telített próbatesten lehet összehasonlítani. A kiszárított próbatest hajlító-húzószilárdsága a zsugorodási feszültségek miatt kisebb, mint a vízzel telítetté.

c) A hasító szilárdságot betonhengerek élmenti terhelésével határozzák meg. A hengerminta nagy előnye, hogy a megépített műtárgyból koronafúróval ki lehet venni, és így a műtárgy tényleges húzószilárdsága vizsgálható.A hasító szilárdságot

55

N/mm2

képletből számíthatjuk, ahol:σhas a henger hasító szilárdsága, N/mm2

F a terhelő erő, Nd a henger átmérője, mmh a henger magassága, mmA kifúrt minta oldalfelülete nem tökéletesen szabályos, az eredmény függ a teherátadás módjától. A szabvány szerint a próbatest és a terhelő erő közé 3 mm vastag, d/10 szélességű, a hengernél 5 mm-re hosszabb acél hasítólécet kell közbeiktatni.Mivel a hasadási sík a próbatest középsíkján megy át, ezért a beton kiszáradása az eredményt alig befolyásolja.Közelítően azt állíthatjuk, hogy a hajlító-húzószilárdság 1,5-szer akkora, mint a hasító szilárdság.

3.2.4. A beton nyíró és csavaró szilárdsága

A beton nyírószilárdsága – Gráf kísérletei szerint – a kockaszilárdságnak mintegy 1/4 - 1/5 -e, a hajlító-húzószilárdságnak pedig 1,6-szorosa. A csavarószilárdság a csavaró kísérlettel megállapított nyírószilárdság, a húzószilárdságnak mintegy 1,4-1,7-szerese kör- és négyszög keresztmetszetű próbatest esetén, ill. 0,9-1,2-szerese körgyűrű keresztmetszet esetén.

3.2.5. A felületi kötés

A kérdésnek vasbeton szerkezeteknél van jelentősége, az acélbetétek lehorgonyzási hosszának megállapításához.A beton és az acélbetét közötti felületi kötés (tapadás) a beton húzószilárdságával függ össze. Gyakorlatilag azzal tekinthető egyenlőnek. A felületi kötés három részből tevődik össze, nevezetesen: a beton és az acélbetét közötti kémiai kötésből, a beton zsugorodása

56

miatt az acélbetétekre gyakorolt szorítóhatásból és végül a molekulák között működő van der Waals erőkből. Ezek azonban még teljesen sima keresztmetszetű acélbetét esetén is a felületi kötés teljes értékének csak mintegy 20%-át teszi ki. Minthogy az acélbetét a betonra az általa felvehető erőt a felületén adja át, éppen ezért a beton és acélbetét közötti súrlódást oly módon igyekeznek megnövelni, hogy az acélbetét felületét érdesítik, vagy különböző alakúra képezik ki. A kiképzés módját az „Építőanyagok I.” című tárgyban már ismertettük.A felületi kötés tájékoztató nagyságát kihúzó-, vagy kitoló kísérlettel állapítják meg. A kísérlet során a kihúzóerőt elosztják az acélbetét felületével és így kapják meg a felületi kötés átlagos szilárdságát. Amint a 3.5. ábra mutatja, ez lényegesen függ attól, hogy milyen méretű próbatestet vizsgálnak meg. Ennek mértéke általában nagyobb abban az esetben, ha az acélbetétet kitolják, mintha kihúzzák.

3.19. ábra. Felületi kötés vizsgálata: 1) rövid próbatest; 2) hosszú próbatest

3.3. További vizsgálatok

3.3.1. Kopásállóság

A koptató vizsgálatok közül hazánkban a Bauschinger-Bőhme féle állandó teher alatti, csiszolókorongos

57

eljárást szabványosították. A szerkezetből vizsgálat céljára 70,7 x 70,7 mm alapterületű próbatestet kell kimunkálni. A vizsgálatot légszáraz, és vízzel telített állapotban is el kell végezni. E vizsgálattal meghatározott lekoptatott réteg vastagsága az osztályba sorolás alapja. A szabvány három kopásállósági osztályt ad meg.

3.3.2. Hidrotechnikai tulajdonságok

Hidrotechnikai tulajdonságokról csak porózus anyagok esetében beszélhetünk. A beton porózus anyag. A hézagait abszolút száraz állapotban levegő tölti ki, általános esetben azonban több-kevesebb vizet tartalmaznak. A beton tulajdonságait – elsősorban az alakváltozásait – a hézagaiban levő vízmennyiség erőteljesen befolyásolja. A víz-, ill. nedvességtartalom, vízfelvétel- (ill. vízfelvevő képesség, szorpció) nedvességfelvétel- (egyensúlyi nedvességtartalom, ill. adszorpció), ill. vízfelszívás útján juthat a betonba. Ezen hidrotechnikai jellemzők meghatározását az „Építőanyagok I” c. jegyzetben ismertettük. A betont vízálló anyagnak nevezzük, mert rendeltetésszerű használhatósága a víz tartós hatására nem szűnik meg. A beton vízlágyulási tényezője nagyobb, mint 0,8.

a) A beton víz áthatolással szembeni viselkedése.

A lyukacsos anyagok természetes tulajdonsága, hogy nyomás alatt a vizet vagy folyadékot többé-kevésbé áteresztik. Az anyagokat a vízáteresztés mértéke szerint a következő csoportba soroljuk: vízhatlan, vízzáró, ill. vízáteresztő. A beton vízzáró anyag. A vízáteresztés mérőszáma valamely adott vastagságú próbatest esetén az 1 cm2 felületen az időegység alatt a vizsgálati nyomás mellett áthatolt vízmennyiség. Ennek a vízmennyiségnek a mértékétől függően többé vagy kevésbé vízáteresztő betonról beszélünk.

b) A vízzáróság és vízáteresztés meghatározása

58

Betonkeverékből a szabvány szerinti alakú és méretű próbatesteket kell készíteni. A készítés során vigyázni kell arra, hogy a bedolgozás iránya és a víznyomás iránya egyezzen meg a megépítendő szerkezet irányviszonyaival. Szerkezetből kivett próbatestet fűrészeléssel kell szabályos alakúra, és méretűre alakítani, ill. a szerkezetből koronafúróval kell kifúrni, és a vakolattól megtisztítani.A vizsgálat során tömítőgyűrűvel kell a kisebb próbatestek esetén 100, nagyobbak esetén 200 mm mérettel négyzetet, ill. kört alul-felül körülhatárolni úgy, hogy a rendszerből víz csak e felületen át távozhasson. A próbatesteket 48 órán át 0,1 MN/m2, s ezt követően óránként – a nedves folt megjelenéséig – megkétszerezve 0,2; 0,4; 0,8; 1,6 MN/m2

túlnyomásnak kell alávetni.A vizsgálat folyamán megállapítandó az a legnagyobb nyomásfokozat, amelynél a próbatest alsó felületén még nem észleltek nedves foltot, ill. a folt keletkezésekor ható víznyomás. Utóbbi esetben meg kell határozni a víznyomás fokozásainak időpontjaiban a vízfogyasztást, az átfolyt vízmennyiséget. Mindegyik esetben meg kell határozni a vizsgálat befejezésével az elhasított próbatesten a nedvesített felület alakját és méreteit.Valamely beton vízzáróságának a mérőszáma annak a víznyomásnak 10 MN/m2-ben kifejezett értéke, amelynek 24 órán át tartó hatására a betonnak a víznyomással ellentétes felületén nedvesség nem mutatkozik és a víz a próbatest vastagságának legfeljebb 1/3-áig hatol be.

c) A fagyállóság meghatározásaA fagyállóság az építőanyagok ama tulajdonsága, hogy a várható élettartamuk során a víz és fagy együttes hatására anyagtulajdonságaikat nem változtatják. A fagyállóságot szabvány szerinti próbatesteken kell meghatározni. Megkülönböztethető:

59

- ciklikusan gyorsfagyasztás és olvasztás vízben;- ciklikus fagyasztás levegőn, olvasztás vízben.A fagyállóság minősítése:A próbatest tömegvesztesége alapján a ciklusszám, amelynél a próbatest tömegvesztesége (vízzel telített állapotban mérve) legalább 5%.A fagylágyulási tényező alapján az a ciklusszám, amelynél a fagylágyulási tényező 0,75-nél kisebb.A roncsolásmentes vizsgálatokat a másik kettővel együtt szabad alkalmazni, külön minősítő értékeket még nem dolgoztak ki.Az előírt fagyasztási számok: 15, 25, 50, 100 és 150. A fagyállóság jelölése, pl.: f100.

3.4. A beton alakváltozási jellemzőiAz alakváltozások a 3.1. táblázat szerint csoportosíthatók.A beton alakváltozásai lehetnek azonnal fellépők vagy időfüggők, terhelő feszültségtől függőek vagy függetlenek, visszafordíthatók vagy visszafordíthatatlanok.

60

3.6. táblázat. Beton alakváltozási jellemzőinek csoportosítása

Terheléstől függő Terheléstől függetlenpillanatnyi

alakváltozásidőtől függő időtől

független alakváltozá

s

kúszás zsugorodás

Visszafordítható(reverzibilis)

pillanatnyirugalmas

alakváltozás

késlekedőrugalmasalakváltoz

ás

környezeteihatásra

bekövetkezőzsugorodás

hőtágulás

Visszafordíthatatlan(irreverzibilis)

pillanatnyimaradó

(képlékeny)alakváltozás

tartósfolyás

belsőokokra

visszavezethető

zsugorodás

-

3.4.1. A beton - diagramja és E rugalmassági modulusa

Tartószerkezeteinket azért építjük, hogy bizonyos terheket hordjanak. Tehát a beton viselkedésében is az egyik legfontosabb, hogy hogyan alakváltozik a terhelés hatására. A beton, mint építőanyag nem rugalmas anyag, ennek megfelelően egészen másképpen viselkedik rövid ideig tartó, pillanatnyinak nevezett terhelés hatására, mint tartós terhelés hatására.Ha a terheletlen betonhasábot fokozatosan törésig terheljük, megkapjuk az elsődleges (szűz) - diagrammot. A - diagramm többek között függ a terhelési sebességtől, (3.6. ábra).

61

3.20. ábra. A terhelési sebesség hatása a σ-ε diagramra

A szabvány rövidjelű alakváltozásnak (gyors alakváltozás) tekinti a betonhasáb terhelése során kialakuló teljes alakváltozást, ha a törés 1 órán belül következik be. Az így meghatározott diagramm a tulajdonképpeni elsődleges - diagramm.A beton - diagrammja függ a beton minőségétől. A 3.7. ábrából az következik, hogy a fiatalkorú, vagy kis szilárdságú betonok igen nagy képlékeny alakváltozási szakasszal rendelkeznek és nagy a törési alakváltozásuk.

3.21. ábra. A betonminőség hatása a σ-ε diagramra

62

Ugyanakkor a nagyszilárdságú betonok már sokkal inkább rugalmasak és kisebb a törési összenyomódásuk. A nagyszilárdságú betonok viselkedésüket tekintve már kezdenek az adalékanyagukat alkotó kőzetekhez hasonlítani. Számításainkban a - diagrammot a kis szilárdságú betonok esetén jó közelítéssel úgy vehetjük, mintha az, teljesen képlékenyen viselkedne. Nagyszilárdságú betonok esetén – a szilárdságtani számításokban – inkább helyettesítő a - diagramm háromszöggel, mint téglalappal.A - diagramm kezdeti érintőjének az iránytangensét nevezik a beton kezdeti rugalmassági modulusának, (3.8. ábra).A nedvesség lényegesen befolyásolja a rugalmassági modulust, mivel a vízzel telt pórusok összenyomhatatlanok, növelik a rugalmassági modulust. Mivel a nagyobb próbatest nehezebben tud kiszáradni, ezért közvetve a méret is befolyásolja a rugalmassági modulust, ezért a nagyobb próbatestek rugalmassági modulusa nagyobb, mint a kicsiké.

3.22. ábra. A beton különböző rugalmassági modulusai

63

3.4.2. A beton zsugorodása és duzzadása

A beton zsugorodásának elsődleges oka a cementkő zsugorodása, tehát a zsugorodás mértéke a cementkő-tartalomtól függ.Az adalékanyag (különösen a kvarckavics) nem zsugorodik, és ezért akadályozza a cementkő zsugorodását. A cementkő és az adalékszemcse eltérő rugalmassági modulusa miatt a betonban feszültségek lépnek fel, melyek az adalékanyag és a cementkő határfelületén mikrorepedésekhez vezethetnek. A beton összetételét tekintve a zsugorodás annál nagyobb, minél nagyobb a cementkő zsugorodása, minél nagyobb a cementkő-tartalom (cementtartalom), minél nagyobb a víz-cementtényező, minél jobban zsugorodik az adalékanyag, minél kisebb az adalékanyag rugalmassági modulusa, (3.9. ábra).A legdöntőbb tényező a beton zsugorodásában a környező levegő relatív nedvességtartalma. A zsugorodás végértékét akkor éri el, ha létrejön a környező levegő relatív légnedvesség-tartalma és a beton kapillárisaiban levő víz közötti egyensúlyi állapot. Vékony próbatestek esetén ez az állapot állandó hőmérsékletű és nedvességtartamú térben 90 nap alatt nagyrészt lejátszódik. A végérték pedig annál nagyobb, minél kisebb a levegő relatív légnedvesség-tartalma, (3.10. ábra).A kiszáradás azonban a felületen kezdődik meg. A külső rétegek zsugorodását gátolják a belső nem zsugorodó részek. Emiatt a felületen húzás, belül nyomás lép fel.

64

3.23. ábra. A beton zsugorodása a cementtartalom és a víz-cementtényező függvényében

3.24. ábra. A zsugorodás a relatív légnedvességtartalom függvényében

Fiatal beton felületén ezek a húzófeszültségek száradási zsugorodáshoz vezethetnek. Tehát a zsugorodás annál kisebb lesz, minél vastagabb a betontest, minél kisebb a felület és a térfogat viszonya és időben is később éri el végértékét.

65

Vasbeton esetében az acélbetétek mérséklik a zsugorodást. A csökkentő tényező (k1)

ahol Aa a hosszirányú acélbetétek keresztmetszeti területe;Ab a betonkeresztmetszet területe.A magyar előírások a zsugorodás végértékére C25 beton esetén εzs∞ = 0,3 ‰-et, nagyobb szilárdságú betonokra 0,4 ‰-et adnak meg. A zsugorodás időbeni lefolyása

képletből számítható, ahol t a betonozás óta eltelt napok száma.A képletből látható, hogy fiatal korban a zsugorodás gyors, később lassul és kb. 1-2 év múlva gyakorlatilag megszűnik.Előregyártott betonok esetében elég ismerni a zsugorodást a beépítés idejétől.

3.4.3. A beton lassú-alakváltozása

A beton összes alakváltozása tartós terhelés hatására a következő részekből tevődik össze:

rugalmas alakváltozás a terhelés felhordása alatt (εr) maradó alakváltozás a terhelés felhordása alatt

(pillanatnyi maradó, εm) zsugorodás (εzs) viszkózus alakváltozás (tartós folyás) a tartós

terhelés tartama alatt (εvis) viszkoelasztikus alakváltozás (késlekedő rugalmas

alakváltozás) a tartós terhelés tartama alatt (εvel).

Ezeket az alakváltozásokat együtt a 3.11. ábrán mutatjuk be. Ha bizonyos időpontban tehermentesítenek, akkor az εr alakváltozás rögtön, εvel

alakváltozás pedig késlekedve következik be.

66

εr-t a terhelés tartama alatt állandónak tekintik, jól lehet a valóságban a nyomószilárdsággal együtt nő a beton korával. Az εr + εm alakváltozásokat csak együtt tudjuk megmérni. Az εm extrapolálással meghatározható úgy, hogy a megterhelést követő órákban mérik εvis + εvel

alakváltozások összegét és a felrajzolt görbét a 0 időpontig (terhelés) meghosszabbítjuk. Az εvis + εvel alakváltozásokat együtt lassú alakváltozásnak, vagy kúszásnak (εk) nevezik. A beton kúszása arra vezethető vissza, hogy kiszáradáskor a terhelés alatti kapilláris feszültségek erőteljesebben járulnak hozzá a térfogatváltozáshoz, mint zsugorodáskor. Továbbá a tartós terhelés vízmolekulákat szorít ki a cementkő gél pólusaiból, Ezt a folyamatot a száradás még elősegíti. Ebből következik, hogy meg lehet különböztetni alapkúszást és száradási kúszást.

3.25. ábra. Tartósan terhelt beton alakváltozásai

Az alapkúszást növeli:

a nagyobb cementkő-tartalom, a cement lassúbb szilárdulása, a cementkő, ill. beton szilárdsága a megterhelés

időpontjában,

67

a kisebb utószilárdulás a terheléstől számítva, a durvább, kisebb rugalmassági modulusú

adalékanyag, nagyobb terhelő feszültség.

A száradási kúszás nő, ha

a terheléskor nagyobb a beton nedvességtartalma és a terhelést követően nagyobb a nedvességveszteség (kicsi a levegő relatív légnedvesség-tartalma és nagy a hőmérséklet),

kisebb a keresztmetszet (500 mm-nél kisebb keresztmetszet esetén a keresztmetszet lényeges hatása nem állapítható meg).

A száradási kúszás tehát elkerülhető, ha a betont párazáró védőréteggel zárják le, ill. ha kiszárított betont terhelnek meg.A kúszás általában kedvezőtlen, mivel növeli a hajlított tartók lehajlását, nyomott vasbeton elemekben feszültségátrendeződés következik be a betonról az acélra, csökken a feszített vasbetontartóban a feszítő feszültség.A kúszás kezdetben gyorsabban nő, míg évek múlva végértékéhez tart. A kúszást a lassú alakváltozási vagy kúszási tényezővel jellemezzük:

ahol φ a vizsgált időpontban mért εk-hoz tartozó kúszási tényező,εr a megterhelés időpontjában meghatározott rugalmas alakváltozás.A szabvány a kúszás végértékét a terhelés időpontjához tartozó minősítési szilárdság függvényében adja meg.

68

Vízben tárolt szerkezetek esetén ez az érték felére csökkenthető, 40% légnedvességű térben 1,3-szorosára növelendő. Könnyűbetonok esetében

A kúszás időbeni lefolyását

függvény fejezi ki, ahol t a megterhelés óta eltelt napok száma.A beton kúszását úgy veszik számításba, hogy a tényleges kezdeti rugalmassági modulus helyett az ideális rugalmassági modulussal számolnak, melyet a 3.12. ábra szerint vezetünk le:

(1)

(2)

(3)

A (3)-ba behelyettesítve (1):

(4)

A (4)-be behelyettesítve (2):

69

3.26. ábra. Az ideális rugalmassági modulus számítása

A beton kúszását úgy vesszük számításba, hogy a tényleges kezdeti rugalmassági modulus helyett az ideális rugalmassági modulussal (Eid) számolunk.

3.4.4. Hőmérséklet változás okozta alakváltozás

A beton hőmérséklet hatására bekövetkező alakváltozását a lineáris hőtágulási együtthatóval fejezik ki. A lineáris hőtágulási együtthatót átlagosan 1/K-nel szokták figyelembe venni. Ez a szám legnagyobb mértékben az adalékanyag fajtájától függ, így pl. kvarc adalékanyag esetén kb. , míg szénkő adalék esetén . A hőmérséklet hatására a szerkezetben – ha az alakváltozást meggátolják – belső feszültségek keletkeznek. Ezeknek a mérséklése céljából a szerkezeteket úgy építik meg, hogy 40-60 m-ként egy-egy tágulási hézagot iktatnak be, amelyik az építményt teljes magasságában átszeli.

3.5. A beton szilárdságát befolyásoló tényezőkEbben a fejezetben a beton nyomó- és húzószilárdságát és időállóságát befolyásoló tényezőket foglaljuk össze. A betonszilárdság B, BS és BN jelű betonok esetén a 3.13. ábrán feltüntetett tényezőktől függ. Tehát ezeknek a

70

hatását kell megvizsgálnunk egyrészt a szilárdságra, másrészt a szilárdság egyenletességére.Szilárdságon, mint a beton legfontosabb tulajdonságán általában a nyomószilárdságát értik, és a többi szilárdságot ebből számítják ki. Egyes esetekben (pl. útbeton) a húzószilárdság a fontosabb, és az ezzel kapcsolatos repedésérzékenység.

3.27. ábra. A betonszilárdságot befolyásoló tényezők

3.5.1. A cement mennyisége és minősége

A cementtel és a vízzel a péptartalom mennyiségét és minőségét lehet befolyásolni. Azonos adalékanyagfajta esetén a beton nyomószilárdsága lényegében a cementkő szilárdságától függ, mivel a könnyű adalékos betonok kivételével a cementkő a betonnak, mint kétfázisú anyagnak a gyengébb tagja. A cementkő szilárdságát viszont a cementkő hézagtérfogata és a cement szabványos nyomószilárdsága befolyásolja.A beton nyomószilárdsága a cement minőségétől közel lineárisan függ bármely konzisztencia esetén, (3.14. ábra).

71

3.28. ábra. Cement nyomószilárdságának hatása a beton nyomószilárdságára

a) A cement fajlagos felülete (azonos péptartalom esetén) lényegesen jobban befolyásolja a nyomószilárdságot, mint a hajlító-húzót, (3.15. ábra). Egy napos korban a fajlagos felülettel még arányosan nő a nyomószilárdság, később egyre kevésbé, mivel a finomszemcsék egyre nagyobb átmérőig teljes egészükben hidratálódnak. A húzószilárdság esetén ez az arányosság már egy napos korban sincs meg. Továbbá 200 m2/kg-on túl az őrlési finomság növelése esetén nem, vagy alig nő a húzószilárdság, mivel a C2S növeli, a C3S nem növeli a húzószilárdságot. Ezért útbetonok esetén az őrlési finomságot 300 m2/kg-ban kötik meg.

72

3.29. ábra. A cement fajlagos felületének hatása a beton szilárdságára

b) A cementtartalom alsó határát, amit minimális cementtartalomnak is neveznek, a következő tényezők határozzák meg:- az adalékanyag legnagyobb szemnagysága (D), és szemmegoszlása, mivel ettől függ a pépigény;- betonszerkezet esetén a minimális cementtartalmat az szabja meg, hogy a cementet egyenletesen elkeverve még összefüggő kötőanyag bevonatot hozzon létre,- vasbeton esetén az a cementmennyiség, amely az acél korrózió elleni védelmét és a kellő tapadást biztosítani tudja.- befolyásolja az, hogy a betont időjárástól védett, vagy időjárásnak kitett helyen építik be. Időjárás ellen védett szerkezetnek kell tekinteni a vízzáró burkolattal ellátott, szabadban álló szerkezetet is.Adott konzisztencia esetén a péptelített, ill. kissé túltelített betonok adják legkedvezőbb nyomószilárdságot, és ezekhez tartozik a legnagyobb testsűrűség. Tehát a nyomószilárdság egy maximum görbe a cementtartalom függvényében, (3.16. ábra).

73

3.30. ábra. A cementtartalom hatása a beton nyomószilárdságára azonos konzisztencia mellett

Ez a körülmény azzal magyarázható, hogy a cementtartalom növelésével a péptelítettség csökken, azt követően nő a cementkő porozitása. Jóllehet a nagyobb cementtartalom nagyobb kötőerőt jelent, a növekvő porozitás miatt ezt a kötőerő növelő hatást a pórustartalom növelése felemészti. A húzószilárdság azonban túltelítettség esetén lesz maximális.A péptelítettséghez szükséges cementpép-tartalom az adalékanyag szemmegoszlásától és Dmax-tól függ.

c) A víz-cementtényezőA bedolgozott friss betonhoz szükséges vízmennyiség három részből tevődik össze: nevezetesen a cement szilárdságához szükséges vízmennyiség, az adalékanyag által elszívott vízmennyiségből, és a bedolgozáshoz szükséges vízmennyiségből. A cement szilárdulásához csak 0,15-0,18 víz-cementtényezőre volna szükség. Ha az adalékanyag nedvszívása kicsi, akkor a többi a megfelelő bedolgozhatósághoz

74

szükséges vízmennyiség. Azt pedig, hogy a beton hogyan, milyen mértékben bedolgozható, tehát hogy milyen betonkonzisztenciát kell előállítani, a rendelkezésre álló tömörítő eszköz, a vasszerelés sűrűsége és az elemnek a méretei határozzák meg.

d) A betonkészítés során tehát a konzisztenciát kell betartanunk. Törekedni kell azonban arra, hogy a víz-cementtényező közben minél kisebb legyen. Ugyanis már Abrams felismerte, hogy az adott adalékanyag esetén víz-cementtényező és a beton nyomószilárdsága (R28) között egyértelmű összefüggés áll fenn (3.17. ábra), mely szerint

képlettel jellemezhető. A képletben A és B kísérleti állandók, x a víz-cementtényező. Tehát a nyomószilárdság csak a víz-cementtényező függvénye. A K-v/c összefüggés lett a betontechnológia alaptörvénye. Azóta is több hasonló képletet írtak fel erre az összefüggésre, amelyek közül hazánkban a Bolomey-Palotás-képletet használják.

ahol A és B kísérleti állandók.

75

3.31. ábra. A víz-cementtényező és a kockaszilárdság közötti összefüggés

e) Ezek a képletek arra az esetre vonatkoznak, ha a beton levegőtartalma elhanyagolható (legfeljebb 1-1,5%). Ha a beton levegőtartalma a hiányos tömörítés, a tudatosan bevitt levegőtartalom, a porózus adalékanyagban levő levegőtartalom miatt ennél nagyobb, akkor

képletet kell használni. A képletben A’ és B’ kísérleti állandók

pedig a víz-levegő cementtényező. A képletben v a beton víztartalma kg/m3-ben, L pedig a beton levegőtartalma dm3-ben.

f) A képletben tehát az jut kifejezésre, hogy a légtartalom ugyanúgy hat a szilárdságra, mint a víztartalom. Mindkettő a cementkő porozitásán keresztül. A betonszilárdság növelésének útja tehát a

76

cementkő porozitásának a csökkentése, ami a v/c csökkentésével és a R-x görbe meghosszabbításával jár. Az eddigi technológiákkal azonban legfeljebb 100 MN/m2 szilárdságot sikerült elérni.A légtartalom a beton nyomó- és húzó szilárdságára gyakorolt jelentős hatását a 3.18. ábra szemlélteti.

3.32. ábra. A pórustartalom hatása a betonszilárdságára

g) A különböző kutatók arra törekedtek, hogy a vízigényt az adalékanyag finomsági modulusa (m) és a beton cementtartalma (c) függvényében fejezzék ki. Hazánkban a Palotás-képletet használjuk, mely szerint a földnedves konzisztenciához és 45 pc-hez tartozó vízszükséglet (x0)

képlettel fejezhető ki. A szükséges (redukált) víz-cementtényező

77

képletből számítható ki, ahol hk a földnedves konzisztenciától eltérő többlet vízigényt jelentő tényező (hígítási tényező) hc a C 45 pc-től eltérő cementek relatív vízigénye (vízigény tényező) és hd az adalékanyag dmax-tól függő tényező.

3.5.2. Az adalékanyag

Az adalékanyag megválasztása szempontjából az a fő célkitűzés, hogy általa a célnak megfelelő könnyű bedolgozhatóság a legkisebb víz-cementtényezővel és a lehető legkisebb cementadagolással gazdaságosan elérhető legyen. Az adalékanyag szemmegoszlása azonban más irányban befolyásolja a bedolgozhatóságot, mint a nyomószilárdságot. A megfelelő bedolgozhatóság a homoktartalom bizonyos alsó határának a betartását követeli meg, tehát egy bizonyos mennyiségű finomhomok rész a bedolgozhatóságot kedvezően befolyásolja. A megfelelő betonszilárdságot kellően tömör betonnal lehet elérni. Az adalékanyag kedvező halmaztömörségének a kifejezésére kidolgozták az ideális szemmegoszlási görbéket. Ilyen, pl. a Bolomey-féle képlettel kifejezhető szemmegoszlási görbe, nevezetesen:

A képletben a jelenti a vizsgált szitán áthullt adalékanyag tömeg%-át, D az adalékanyag legnagyobb névleges szemnagyságát, d pedig a vizsgált szita lyukbőségét, e a keverék folyósságától és az adalékanyag minőségétől függő szám. Így, pl. földnedves beton folyami adalék esetén 4-8, zúzott adalék esetén 6-10; képlékeny beton folyami adalék esetén 8-10, zúzott adalék esetén10-12.Adott víz-cementtényező esetén a zúzottkő durva adalék mindig nagyobb húzószilárdságot ad, mint a természetesen gömbölyödött. A zömök szemek a nyomószilárdságot, a lemezes szemek a

78

húzószilárdságot befolyásolják kedvezően. Mivel azonban a lemezes szem rontja a bedolgozhatóságot, ami csak többlet pépmennyiséggel, vagy nagyobb víz-cementtényezővel ellensúlyozható, azért a gyakorlatban idegenkednek a lemezes szemek alkalmazásától. Az adalékanyag legnagyobb szemnagyságának a hatása függ attól, hogy a beton mennyire telített. Telített és túltelített betonok esetén nincs nagy jelentősége annak, hogy D 25-50 mm között változik.A húzószilárdságra nagy hatással van a homok-kavics aránya. Kísérletek szerint a durva adalék térfogatarányának a növelése csökkenti a húzószilárdságot és jobban a sima kvarckavics, mint mészkőadalék esetén. A kétfajta kőzet hatása közötti különbség valószínűleg eltérő rugalmassági modulusokkal magyarázható. Útbeton kísérletek szerint a nyomószilárdság közel arányosan változik a testsűrűséggel, míg a hajlító-húzó szilárdság nem.Általában megállapítható, hogy a szemszerkezet javításával (a finomsági mérőszám emelésével) jelentős cementmennyiség takarítható meg azonos betonszilárdság esetén. A legnagyobb szemnagyság (dmax) növelésével csökken az azonos konzisztencia eléréséhez szükséges cementmennyiség és így az azonos szilárdság eléréséhez szükséges cementmennyiség is telítetlen betonok esetén. A legnagyobb szemnagyság növelésének azonban határt szabnak a technológiai körülmények és a szerkezeti adottságok (pl. mérések).A rugalmassági modulus (E) befolyásolásának a lehetősége fontos. A szerkezeti betonok esetében nagy E-re törekednek, mivel a cél nagy szilárdság és kis alakváltozás. Ezzel szemben útbeton és tömegbeton esetében a kis E a kedvező, hogy a gátolt alakváltozás esetében a nagy feszültségek elkerülhetők legyenek.A beton rugalmassági modulusa a cementkő (Ec) és az adalékanyag (Ea) rugalmassági modulusától függ.

79

Befolyásolja még a hidratáció sebessége. Az adalékanyag Ea rugalmassági modulusára néhány adat:

kvarckavics 86000 N/mm2bazalt 56000-115000 G/mm2mészkő 23000-80000 N/mm2márvány 47000- N/m2

A cementkő-, ill. az adalékanyag-tartalom hatása is nagy. Azonos v/c és nyomószilárdság esetén a cementkőben gazdag betontól a cementkőben szegény betonig a rugalmassági modulus (E) kb. kétszeresére nőhet. Ezért az a helyes, ha a beton rugalmassági modulusát a cementkő tartalom és az adalékanyag fajtája függvényében adják meg.A vízzel telített beton rugalmassági modulusa (E-je) kb. kétszer akkora, mint a légszáraz betoné. Ugyanis a pórusokba bezárt víz nem hagyja magát összenyomni.Útbeton és ipari padozat esetén a nagy húzószilárdság mellett kis rugalmassági modulust kis E-jű adalékanyaggal vagy műanyag-diszperzió hozzáadásával stb. lehet elérni.

3.5.3. A beton kora

A beton szilárdulása időbeni folyamat és a cement szilárdulási folyamatával függ össze. Jó közelítéssel azt mondhatjuk, hogy a beton kockaszilárdsága és a beton korának a logaritmusa között lineáris összefüggés áll fenn.

ahol a és b a cement fajtájától és a tárolási hőmérséklettől függő állandó, t a beton kora (nap).Természetesen a nagy kezdőszilárdságú cementtel készített betonok gyorsabban, a kis kezdőszilárdságú cementekkel készített betonok lassabban szilárdulnak.

80

3.6. A beton fagyállóságát befolyásoló tényezőkA beton fagyállósága és olvasztó sóval szembeni ellenállása (különösen útbetonok esetén) szempontjából döntő jelentősége van a bevitt légbuborékok mennyiségének és átmérőjének. A váltakozó fagyasztás – felengedés hatására bekövetkező tönkremenetel megállapítható a beton maradó alakváltozásának növekedéséből (3.19. ábra), ill. a dinamikus rugalmassági modulus csökkenéséből, (3.20. ábra).

3.33. ábra. Maradó nyúlás növekedése váltakozó fagyhatásra a légpórus-tartalom függvényében

3.34. ábra. Légtartalom hatása a beton fagyállóságára

Mindkét vizsgálat szerint a légpórus-képzővel bevitt légpórus-tartalom teszi a betont fagyállóvá. Csak igen

81

nagy szilárdságú betonok állnak ellent légpórus-képző nélkül is hosszú ideig a váltakozó fagy hatásának.A légbuborékok mennyisége és átmérője az adalékszeren kívül a beton összetételétől és a készítés technológiájától is függ. Technológiai ökölszabályok:- A buborékképzésre csak az adalékanyag finom részeinek van hatása. A 0,063-0,2 mm-es lisztfinom szemcsék növelése csökkenti a buborékképződést.- A leghatékonyabb a buborékképződés szempontjából a 0,3-1 mm-es szemcsék részaránya.- A cement mennyiségének és fajlagos felületének a növelése csökkenti a buborékképződést. Nagy kezdőszilárdság esetén növelni kell a szer adagolását. A víz-cementtényező csökkentése önmagában is csökkenti a fagyveszélyt, mivel csökkenti a betonban megfagyó víz mennyiségét. A földnedves betonban azonban nehezebben képződik a buborék, (3.21. ábra).

3.35. ábra. A betonban megfagyó vízmennyiség a hőmérséklet és a víz-cementtényező függvényében

A keverési időt kb. 20%-kal kell növelni az ugyanolyan szilárdságú, légbuborék nélküli betonéhoz képest. A

82

rövid és túl hosszú keverés egyaránt csökkenti a légtartalmat.A vibrálás először a nagy buborékokat és a betonban levő lyukakat szünteti meg. A 2-3 perces túlvibrálás a légtartalmat 10-30%-kal csökkenti.Az útbetonok tartományában 1% többlet légtartalom kb. 4% nyomószilárdság csökkenést okoz.

3.7. A beton kopásállóságát befolyásoló tényezőkA kész beton kopásállóság szempontjából olyan mesterséges kőzet, amelyben 4 mm-nél nagyobb gömbölyű szemű, ill. zúzott természetes eredetű adalékanyagok vannak a cementhabarcsba ágyazva. A beton kopásállósága a cementkő és az adalékanyag kopásállóságától függ. Mivel a cementkő mindig a kevésbé kopásálló, ezért kopásálló betont csak nagyszilárdságú cementből (45 pc, esetleg 35 pc) szabad készíteni.A betonösszetétel akkor a legkedvezőbb, ha a lehető legkisebb a habarcstérfogat, mivel ez a beton puhább alkotója. Ez egyben a lehető legnagyobb szemnagyságot jelenti. A jó bedolgozhatóság ilyen esetben úgy érhető el, hogy a durva adalék olyan szemmegoszlású, továbbá olyan alakú, és felületű szemcsékből áll, hogy önmagában is a legkisebb hézagtérfogatú halmazzá tömöríthető (telített) és vízigénye is a legkisebb. A cementadagolás vonatkozásában két ellentétes irányzat van. A lengyel szabvány 425 l/m3 habarcstartalmat ír elő, ami kb. 250 kg/m3 cementtartalmat jelent. A másik irányzat szerint a 450-500 kg/m3 cementtartalom a jobb, mert eddig a cementtartalomig nő a beton nyomószilárdsága és vele a kopásállósága. Ez pedig kb. 460 l/m3 habarcsot jelent.A 3.22. ábra a kopás mértékét tünteti fel a beton kockaszilárdsága függvényében. Egyben azt is megmutatja, hogy annál kopásállóbb lesz a beton, minél kopásállóbb a 4 mm-nél nagyobb szemcséjű adalékkőzet. Legkedvezőbb a dunai kvarckavics.

83

Azonban ezt sem szabad beépíteni, ha a betonfelület ütőhatást is kap (szegecses abroncsok, ráfos kocsik, acélhordók töltőállomáson), ill., ha a szikrabiztonságot biztosítani kell (üzemanyag tárolókban). Utóbbi esetben kisebb kopásállósága ellenére mészkőadalék javasolható. A homokok kopásállósága attól függ, hogy milyen nehéz ásványok alkotják azokat. A legellenállóbbak a kvarc, szillimanit, gránitok, andaluzit. A hazai folyami és bányakavicsoknak kb. 75-80%-a kvarc és kvarcit, tehát kopásállóság szempontjából jók. A bizonytalan ásványi eredetű, 0,1 mm-nél kisebb szemcséket célszerű kimosni, még akkor is, ha a homokot utólag finomhomokkal javítani kell. A kopásállóság fokozható különlegesen kemény adalékok, pl. korund (Al2O3), karborundum (SiC), nehézfém salak adagolásával. A szemcseméret felső határa a homok tartományba essék.A beton tömörítése úgy hajtandó végre, hogy a lehető legtömörebb betont eredményezze. Emiatt előnyös a gömbölyű szemű homok, a bedolgozhatóságot javító képlékenyítőszer, vagy a légbuborékképző.A kopási viselkedés elbírálásakor figyelembe kell venni az igénybevétel jellegét. A nedves beton jobban kopik, mint a száraz. Az utakon közlekedő szeges abroncsok ütőhatást fejtenek ki és a kopás telenként 1-5 mm. Nagy vízsebesség esetén felléphet a kavitáció, mely azáltal hat, hogy a betonhoz ütközve a vízben levő buborékok szétpattannak, és a keletkező nyomásesés részecskéket szakíthat le a betonfelületből. Ennek elkerülésére a betonfelület legyen sima, kemény, tömör, cementpéptől mentes és kerülni kell a víz hirtelen irányváltozásait. Lépcsők, ipari betonpadozatok betonjai általában egyenletesen kopnak, (3.22. ábra).

84

3.36. ábra. A beton kopása a betonszilárdság függvényében

3.8. A fagy és a hideg hatása a beton szilárdulására

3.8.1. A fagy hatása a betonra

A hőmérséklet csökkenésével a beton szilárdulása egyre lassul. A beton szilárdulása teljes egészében csak kb. –10°C hőmérsékleten szűnik meg, azonban a csökkenés olyan mértékű, hogy 0°C hőmérsékleten már gyakorlatilag megszűntnek tekinthető. Ezen kívül figyelembe kell venni, hogy a betonban levő víz kb. -1 - -2°C hőmérsékleten megfagy. A fagy hatása következtében a víz kitágul, és a beton szerkezetét lazítja, roncsolja.Ha fagy érte a betont, akkor különbözőképpen következhet be a tönkremenetel. Ha a kötés előtt fagy meg a beton, vagyis a fagy a betont legkésőbb 4-6 órás korában éri, akkor a megfagyott beton szilárdnak tűnik ugyan, de a szilárdságát csak a jég adja. A kiengedés után a betont nem szabad kizsaluzni, a kötés megindul, és zavartalanul folyik. Legfeljebb az következhet be,

85

hogy a beton szerkezete valamivel lazább lesz. A nagy tömegű betontestekben a rövid idejű tartó fagyhatás nem mindig terjed ki a beton belsejére, mert a beton belsejében a kötéshő révén a hőmérséklet mindig nagyobb lesz, mint a külsején és ilyenkor csak kivett mintákkal lehet meggyőződni arról, hogy nem következett-e be romlás.Ha a beton kötés közben fagyott meg, ami kb. 4-24 órára tehető, akkor a fagy elmúltával sem lesz már a beton szilárdulása tökéletes, a betonon rendszerint repedések láthatók, és ez esetben csak a kivésett próbakockákkal lehet meggyőződni a beton tényleges szilárdulásáról és szilárdságáról, amelyik rendszerint lényegesen elmarad a természetesen szilárduló betonétól.Ha a beton szilárdulás közben fagyott meg, vagyis általában 24-48 órás korban, vagy később, abban az esetben az egymás után bekövetkező fagyás és felolvadás rendszerint csak akkor tesz kárt a betonban, ha a beton szilárdsága 10-15 MN/m2-nél kisebb volt az első megfagyás alkalmával. Ezt kritikus szilárdságnak nevezik.

3.8.2. Betonozás hideg időben

Mindezek után arra kell tehát törekedni, hogy a megfagyás előtt a beton lehetőleg érje el a kritikus szilárdságot. Hideg időben a következő intézkedéseket lehet tenni:

az alkotóanyagok (adalékanyag, cement és víz) megvédése a lehűléstől, a víz és adalékanyag melegítése úgy, hogy a bebetonozott beton hőmérséklete lehetőleg 20°C-ot elérje;

az adalékanyagokat és a betonkeveréket szállító eszközök hőszigetelése;

kis víz-cementtényezőjű beton készítése, a cementadagolás növelése és nagy kezdőszilárdságú cementek felhasználása;

86

fagyásgátló, kötés- és szilárdulás gyorsító beton-kiegészítő anyagok adagolása, a zsaluzat és a vasbetétek melegítése betonozás előtt, a bedolgozott beton hőszigetelése, a munkaterület körülburkolása;

végül esetleg a bedolgozott beton melegítése elektromos áram, gőzölés, infravörös sugárzás segítségével.

3.9. A transzportbetonAz előírt betonminőségek minél kisebb szórással való biztosítását célozza a betongyárak rendszere. Ebben az esetben, a gyárban (keverőtelepen) megkevert betont a bedolgozás helyére kell szállítani, és ott bedolgozni. Mivel a szállítási távolság 20-40 km is lehet, a szállításnak különös követelményeket kell kielégíteni. Az így előállított betont transzportbetonnak nevezzük.A betongyár gyáripari módszerekkel működő, megfelelően gépesített, automatizált és ellenőrzött beton-előállító üzem.

a) Központi betongyárnak nevezünk minden olyan betonkeverő telepet, amely korszerű gépesített módszerekkel legalább 25m3/ó mennyiségű, előírt egyenletes minőségű beton rendszeres és folyamatos előállítására alkalmas.

b) Transzportbeton üzemnek nevezzük azokat a központi betongyárakat, amelyek a frissbeton keveréket közúton (vagy vasúton) alkalmas járművel szállítják, beépítésre alkalmas állapotban a felhasználás helyére.

c) Árubeton üzemnek nevezzük azokat a transzportbeton üzemeket, amelyek a frissbeton keveréket hozzák forgalomba (és nem az abból előállított beton vagy vasbeton terméket).

Az a), b), c) alatt felsorolt üzemek műszaki berendezéseiket tekintve alig különböznek egymástól, mégis eltérések találhatók közöttük lényeges elrendezési, szervezési és jogi szempontból.

87

Az a) szerinti üzemek terméküket – a frissbetont – belső használatra adják át. Külső – általában közúti – járművet nem kell alkalmazni. Ilyen betongyárak működnek előregyártó üzemekben és olyan építkezéseken, ahol egy helyen nagymennyiségű betont kell felhasználni.A b) szerinti üzemeknél biztosítani kell a betonnak közúti (vagy vasúti) járműbe való üríthetőségét. Ez kihat a betongyár elrendezésére is. Foglalkozni kell a szállítás módjával és a szállítási idővel is.A c) szerinti üzemeknél a betonkeverék végtermék, amelynek minőségét, az érvényes rendelkezéseknek megfelelően tanúsítani kell. A minőség tanúsításának színhelye a gyár telephelye, ha frissbeton keverék szállítását nem az árubeton üzem végzi. Ha a betonüzem a felhasználás helyén adja át a terméket, akkor annak minőségét ott kell tanúsítani.

3.9.1. A központi betongyártás előnyei

a) Az alapanyagok pontos és rendszeres ellenőrzése (elsősorban az adalék frakciónál). Az adalékanyag (főleg a finomhomok) víztartalmának rendszeres mérése és figyelembe vétele az adagolásnál (esetleges automatikusan) vagy az adalék víztartalmának beszabályozása (mechanikus víztelenítés vagy megfelelő tárolás), a víz-cementtényező pontos betartása érdekében.

b) Tanúsított betonminőség rendszeres ellenőrzése és beszabályozása, az üzemben gyártott termék (a betonkeverék) vizsgálati eredményeinek statisztikus értékelése alapján.

c) A káló csökkenése. A cementnél konténeres szállítás, zártrendszerű fogadás, tárolás és belső mozgatás, valamint zárt (porzás mentes) mérlegelő berendezés alkalmazásával. Az adalékanyagoknál kemény aljzaton való tárolás, keverés és szennyeződésmentes belső mozgatás által.

88

d) Nagy teljesítmény, magas fokú gépesítés és automatizálás, jó gépkihasználás, az emberi fizikai munka csökkentése.

e) Fejlett szervezés és tervezés, megfelelő tartalékképzés, rendszeres TMK lehetőség, ezzel minimális üzemzavar, illetőleg maximális üzembiztonság.

f) Begyakorolt törzsgárda, fejlett és termelésre visszaható belső ellenőrzés (laboratórium és ISO).

g) Előnyös téli munkafeltételek (zárt, fűtött munkahely, meleg beton).

h) A beépítés helyén, hely, munkaerő és költségcsökkenés, a felvonulás és a munkahelyi berendezések egyszerűsödése.

i) Külön előnyt jelent a felhasználó számára (feltéve, hogy a betongyár irányítja a beton szállítását), ha a betongyár a felhasználás helyén szavatolja a betonkeverék minőségét és így a felhasználó átháríthatatlan felelőssége a fogadásra, és a felhasználás módjára korlátozódik. A betonkeverék ára és a szállítás üteme szerződésben rögzíthető, ami által a felhasználó költség és határidő kockázata csökkenthető.

3.9.2. A központi betongyártás hátrányai

a) Nagy beruházási költségek, a korszerű betongyár, esetleg a betongyárat kiszolgáló adalék előkészítő mű, közúti, vasúti vagy vízi anyagfogadó berendezések és csatlakozó vonalak, betonszállító speciális járművek, esetleg munkahelyi fogadó berendezések költsége.

b) Korlátozott hatókörzet, a szállítási távolság és a szállítási idő korlátozottsága miatt (a frissbeton keverék az építőipar legromlandóbb árúja, amely gondos tárolás mellett is – szinte percenként – veszít értékéből).

c) A gyártó és felhasználó közötti szigorú koordináció szükségessége (ez különösen nehéz a kivitelezésnek

89

az időjárás függősége miatt és külön szabályozza a koordinálást, ha harmadik kéz irányítja a szállítást).

d) Az országban meglevő munkahelyi beton előállító berendezések részben inkurrensé válnak (ami egyeseket arra csábít, hogy ilyen berendezésekből összetákolt keverő telepeket betongyárként alkalmazzanak anélkül, hogy a helyesen összehangolt géplánc és az egyenletes termék követelményeivel törődnének).

e) A központi betongyár nem tudja olyan közvetlenül követelni az építési ütemben bekövetkező – előre be nem tervezhető – változásokat (időjárási akadályok, más munkák késedelme, talajvíz betörés, stb.), mint a munkahelyi keverőtelep és nem tudja a változó minőségű adalékanyag által megkövetelt technológiai változásokat sem olyan rugalmasan végrehajtani, mint az utóbbi.

3.10. A beton szilárdulásának gyorsítása

3.10.1. A szilárdulás-gyorsítás fogalma

A természetesen szilárduló beton egyik nagy hátránya, hogy hosszú időn keresztül gyámolításra szorul, mert csak kb. 28 nap alatt éri el azt a szilárdságát, amelyet szerkezeti szilárdságnak tekintenek. Az építkezések ütemének a növekedése és az a törekvés, hogy az építkezéseknek a szezon jellege megszűnjön, hozta magával azt a szükségszerűséget, hogy a beton szilárdulását minél nagyobb mértékben meggyorsítsuk. A betonszilárdítás módszereit két csoportba soroljuk:a) hidegszilárdítások:

természetes szilárdulás,cement utánőrlése,az adalékanyag előmelegítése,vegyszeres betonszilárdítás,

b) hőszilárdítások:gőzölés, gyorsgőzölés,autoklávolás,

90

elektromos érlelés,melegítés infravörös lámával.

A továbbiakban összehasonlító alapnak a beton természetes szilárdulását tekintjük, amelyet a beton 15-20 °C hőmérsékleten elér. A különböző szilárdulás gyorsító módszerek hatékonyságát nem abszolút szilárdságokban fejezik ki, hanem a természetesen szilárduló beton 28 napos hengerszilárdságához (C28 ) viszonyítva, mert hiszen ezt a szilárdságot kell előírni a terveken. Az előregyártás bizonyos szakaszában megkívánt szilárdságok a következők:kizsaluzási szilárdság 0,3 C28(építéshelyen a kizsaluzáshoz, elemgyárban az üzemen belüli mozgatáshoz szükséges szilárdság),gőzölés utáni minimális szilárdság 0,5 C28(csak akkor érdemes gőzölni, ha legalább ekkora szilárdságot lehet elérni a gőzölés befejeztével, a munkahelyen a kiállványozáshoz, elemgyárban a tároló helyre való szállításhoz szükséges szilárdság),szerelési és szállítási szilárdság 0,8 C28(a feszítés végrehajtásához szükséges szilárdság, továbbá a szállítási szilárdság, ha a betongyár garantálja 28 napos korra az előírt betonmárkát, egyes esetekben a szereléshez szükséges minimális szilárdság). Egyes szerzők 0,7 C28 értéket kívánnak meg, legtöbb országban azonban az előfeszítéshez az előírt betonszilárdság 80%-át kívánják meg.szerkezeti szilárdság 1 C28A továbbiakban a különböző szilárdulás gyorsító módszereknek a szilárdulás ütemére gyakorolt hatását csak a kockaszilárdság vonatkozásában mutatjuk be. A többi szilárdságot hasonlóan, de nem egészen meggyőzően befolyásolják.

3.10.2. Hideg szilárdítások

A beton természetes szilárdulásán azt értik, hogy szobahőmérsékleten, azaz 15-20 °C hőmérsékleten hogyan alakul a szilárdsága. A beton szilárdságának

91

időbeni alakulása, azaz szilárdulása függ a cementfajtától, a beton cementtartalmától, a víz-cementtényezőtől, illetve betonkonzisztenciától és hőmérséklettől. Minél nagyobb márkájú (pl. 45 pc) a cement, annál nagyobb a beton kezdeti szilárdsága (3.23.ábra), mindebből következik, hogy akkor, amikor a cél nagy kezdeti szilárdság elérése, minden esetben nagyobb márkájú cementet kell választani.

3.37. ábra. A cementfajta hatása a beton szilárdulására

A beton cementtartalma nem befolyásolja nagymértékben a beton szilárdulását, azonban ha téli időszakban bizonyos szilárdságot el kell érni, akkor mégis növelni kell a beton cementtartalmát azért, mert a nagyobb mennyiségű cement nemcsak nagyobb szilárdságot ad, hanem több kötéshőt is és a kötéshőnek a betonban való megtartásával a beton hőmérsékletét és ezáltal a szilárdulásának sebességét növelni lehet.A víz-cementtényezőtől, ill. a betonkonzisztenciától szintén függ nemcsak a beton 28 napos és későbbi szilárdsága, hanem szilárdulásának kezdeti alakulása is (3.24.ábra). Tehát, ha arra törekednek, hogy minél nagyobb kezdőszilárdságot érjenek el, akkor a betont

92

minél kisebb víz-cementtényezővel, minél (szárazabban) földnedvesebben kell elkészíteni.A beton szilárdulásának a hőmérséklettől való függését a 3.25. ábra szemlélteti. Ebből világosan látható, hogy a leggyorsabb szilárdulást 20°C hőmérsékleten érik el a természetesen szilárduló betonok tartományában, tehát arra kell törekedni, hogy a beton hőmérséklete ezt a hőmérsékletet érje el.

3.38. ábra. A víz-cementtényező és aCaCl2 hatása a beton szilárdulására

93

3.39. ábra. A hőmérséklet hatása a beton szilárdulására

A cement őrlési finomsága, másnéven kifejezve a fajlagos felülete, különösen a beton kezdeti szilárdulására van nagy hatással. Ez azzal magyarázható, hogy a reakciósebesség arányos a reakcióban résztvevő cementszem fajlagos felületével. Cementjeink fajlagos felülete kb. 250-300 m2/kg. A cement őrlési finomságának a fokozása efölé, mintegy 400-500 m2/kg fajlagos felületig gazdaságos lehet. Addig gazdaságos, amíg a finomabb őrlésre fordított mechanikai energia a cement szilárdulása során kémiai energia formájában visszatérül. A cement őrlési finomsága túlzott mértékben azért nem fokozható, mert egy bizonyos mértéken túl finomítva a cementet, a cementszemcsék összetömörödnek és már nem teljes felületükkel vesznek részt a hidratációban.Melegített adalékanyaggal készített beton. Az utóbbi időben felvetették a beton adalékanyagának a melegítését még üzemi viszonylatban is azzal a céllal, hogy ezzel a cement szilárdulásának a sebességét gyorsítani lehet.

94

Azt szeretnénk megjegyezni, hogy a friss beton hőmérséklete 300 kg/m3 cementtartalom esetén 1°C-kal növelhető, ha a cement hőmérsékletét emelik 10°C-kal, vagy a homokos kavicsét 1,6 °C-kal, vagy a vízét 3,6 °C-kal. Mindebből látszik, hogy hatékonyan csak az adalékanyag melegítése révén lehet a beton hőmérsékletét növelni. Az adalékanyagot felmelegítik mintegy 60 °C-ra és ezáltal elérnek egy 35-38 °C-os hőmérsékletű betont, azt bedolgozzák zsaluzat közé és így egy gyorsabb kezdeti szilárdulást érnek el. A beton végső szilárdsága azonban elmarad a természetesen szilárduló beton végső szilárdságától, tehát ezzel a szilárdságveszteséggel számolni kell. A vegyszeres betonszilárdítás. A beton kezdőszilárdságának növelése céljából leggyakrabban használt vegyszer a kalcium-klorid. Az előregyártás és a helyszíni betonépítés során a kalcium-kloridot vagy helyszínen állítják elő technikai sósavból és mészkőből, ill. mészpépből, vagy a kereskedelemben vásárolt technikai kalcium-kloridot, vagy a kalcium-klorid tartalmú vegyszereket (Tricosal SIII, Kalcidur NV) használnak. Bármelyik vegyszert használják, azt mindig oldatból kell adagolni, az oldat sűrűsége alapján, mivel a kalcium-klorid rendkívül nedvszívó. A kereskedelemben vásárolható oldatok adagolásához a prospektusok a használati utasítást is megadják.A vegyszeres betonszilárdítás előnye:

a) A beton természetes szilárdulását, különösen az előregyártás szempontjából fontos kezdeti időszakban jelentékenyen, mintegy kétszeresére meggyorsítja;

b) használata nem igényel költsége berendezést.

Hátránya:

a) Előrefeszített betonszerkezetben még a korrózió elleni védőszerrel kombináltan (Kalcidur NV) sem célszerű használni, mivel a kalcium-klorid sohasem

95

kötődik le teljesen, elektrokémiai korrózió kiindulópontja lehet, ami a nagy feszültség alatt levő vékony huzalokat tönkreteheti;

b) Esztétikailag igényes helyen beépített beton, illetőleg vasbetonelem készítésére nem használható, mivel a le nem kötődött kalcium-klorid a felületen kivirágzik;

c) Nem használható elektromos áram közelében levő vasbetonszerkezetekhez, mert itt a korrózió erősebb mértékben meggyorsulhat.

3.10.3. Hőszilárdítások

A hőszilárdítások azon alapszanak, hogy a cement szilárdulása, mint minden vegyi folyamat, függ a hőmérséklettől, a nagyobb hőmérséklet jobban meggyorsítja. Ez bizonyos megszorításokkal a cementszilárdulás esetére is igaz. A hőt természetesen többféleképpen közölhetik a betonnal, nevezetesen melegítéssel, gőzöléssel, elektromos áram útján, infravörös sugárzás útján stb. A továbbiakban csak a gőzszilárdításokkal foglalkozunk, mivel hazánkban csak ezek honosodtak meg.A beton gőzölése a legfontosabb kezdőszilárdság növelő módszer. Az elmúlt évtizedek során világszerte széleskörűen kutatták a hatékony gőzölés feltételeit. A legnagyobb előnye abban van, hogy az előregyártó üzemekben a beton egy műszakban legyártva elérheti nemcsak a kiszereléshez, de a feszítőerő ráengedéséhez szükséges szilárdságot is.A gőzölésnek azonban megvannak a maga szabályai. A gőzölés menetét a gőzölési diagrammban szokás ábrázolni, amely a következő szakaszokra bontható:

pihentetés, felfűtés, izotermikus érlelés, lehűtés.

A pihentetés lehetővé teszi, hogy a keverővíz egy része fizikailag és kémiailag kötött állapotba kerüljön, a beton

96

megdermedjen, és jobban ellenálljon a gőzölés során fellépő fizikai erőknek. A gőzölés előtti pihentetés csökkenti a gőzölt beton maradó alakváltozását. Ha lehetséges, akkor a földnedves betonokat 1,5-2 órán át kell pihentetni, ami kb. a kötési idő kezdetének felel meg. Pihentetés nélkül csak igen nagy tömörségű (kis víz és légtartalmú) betonokat, vagy minden oldalról zárt sablonban készített betonokat szabad gőzölni.A felfűtés során indul meg a beton gyors felmelegedése kívülről befelé. A gyors felfűtés következtében a még nem szilárd betonban levő levegő és víz kitágul és a beton valósággal „megkel”, feltáskásodik. Ilyen állapotában szilárdul meg, és szilárdsága kisebb lesz, mint a beton belsejében. Ennek oka az, hogy a víz hőtágulási együtthatója kb. 10-szer, a levegőé kb. 100-szor akkora, mint a cementkőé. Ebből következik, hogy a kevesebb vizet és levegőt tartalmazó betont gyorsabban szabad felfűteni. A felfűtés okozta szilárdságromlást a 3.26. ábra szemlélteti. A 25 °C/h sebességet célszerű betartani.

3.40. ábra. Fűtési sebesség hatása a szilárdságra

97

Az izotermikus érlelés tartama alatt következik be a beton szilárdulása. Ebben a szakaszban bekövetkezhet a beton fizikai romlása azáltal, hogy a betonból a keverővíz olyan mértékig elpárolog, hogy a beton kiszárad és a kémiai reakcióhoz szükséges víz sem áll rendelkezésre. A felfűtés tartamán a beton hőmérséklete kisebb a gőztér hőmérsékleténél, pára csapódhat le a betonra. Amíg a gőztér hőmérséklete állandó, addig a beton hőmérséklete – a hidratációhő következtében a gőztér hőmérséklete fölé emelkedik és a diffúzió következtében a kapillárisokból víz párolog el, a beton kiszárad. A hőmérsékletkülönbség annál nagyobb lesz, minél nagyobb tömegű a beton. A korszerű gőzölő berendezésekben úgy szabályozzák a hőmérsékletet, hogy a beton hőmérséklete ne emelkedjék a gőztér hőmérséklete fölé. Az optimális gőzölési hőmérséklet függ a cement fajtájától (3.27. ábra). Tiszta pc-nek optimális gőzölési hőmérséklete 70-75 °C, a heterogén cementeké 80-90 °C.

3.41. ábra. Gőzölési hőmérséklet és a cementfajta hatása a beton szilárdságára

98

A lehűlés célszerű sebessége mintegy 30 °C/ó, amely ahhoz szükséges, hogy a beton a teljes keresztmetszetében közel egyenlően hűljön le. Ha a betont igen gyorsan hűtik le, akkor a nagyobb tömegű betonban az egyenlőtlen lehűlésből hőmérsékleti feszültségek és repedések keletkeznek. A lehűtés szakasza alatt megfigyelhetjük, hogy a betonból nagymennyiségű gőz távozik el. Ugyanis a beton belseje nagyobb hőmérsékletű, mint a külseje, tehát diffúzió révén a beton felületéhez közel levő összes szabad víz eltávozik. A víz eltávozása olyan mérvű lehet, hogy a betonban a további szilárduláshoz szükséges víz sem marad meg. Éppen ezért szükség van a beton utókezelésére, amelyik minden esetben nedvesítést jelent már a beton lehűtött állapotában és ennek feladata pótolni a lehűtés során elvesztett nedvességtartalmat.Ha a nedves utókezelés elmarad, akkor a téli időben szabadon tárolt betonok kedvezőbb helyzetben vannak, mint a nyáriak, télen nagy a levegő relatív nedvességtartalma.A beton gyorsgőzölése. Az előregyártott vasbetonelemek tömeges gyártására való áttérés, a fokozott gépesítést és automatizálást hozta előtérbe. Ha viszont folyamatos, futószalagos termelést tételezünk fel, akkor a betonszilárdítás időtartamát a mostani 6-10 óráról 1-1,5 órára le kellene szorítani ahhoz, hogy arányban álljon a betonkeverés és bedolgozás időtartamával. Ezt kétféle módon valósították meg eddig: az egyik az un. alagutas érlelés, amely során futószalagon gyártott tetőpanel-elemeket a gyártás befejezése után közvetlenül egy alagútba viszi a futószalag, ahol mintegy 1,5 órás gőzérlelésnek teszik ki és a futószalag végén a kész terméket kapják meg. A másik módszer esetén egyedi sablonokban, tehát szakaszos módszerrel gyártanak és érlelnek.A gyorsszilárdításnak elengedhetetlen része a zárt sablon, amelynek a használata esetén a cementkő

99

szerkezet minimális romlása következik be még akkor is, ha a beton pihentetését elhagyják, a felfűtési időt minimálisra korlátozzák és a betont 100 °C-on érlelik. A felfűtés sebessége a sablon zártságán kívül függ a hőforrástól és a gőzberendezés fajtájától, a gyártmány méretétől, a betonkeverék összetételétől, s főleg a vízmennyiségtől és a felület és a térfogat hányadosától. Gyorsgőzölni csak a vékony szerkezeti részeket tartalmazó betonelemeket szabad, mert különben nagy hőmérsékleti feszültségek keletkeznének a betonban. Két órás összszilárdítás esetén a gőzölés befejeztével a gőzölés hatásfoka (a gőzölt beton szilárdságának a természetesen szilárduló beton 28 napos értékéhez viszonyított szilárdsága) 0,40 - 0,30 lesz és 28 napos szilárdsága legfeljebb 15-25%-kal marad el a természetesen szilárduló beton 28 napos szilárdságától.A beton autoklávolása. A beton autoklávolásán a beton 180-200 °C hőmérsékletű, páradús térben való érlelését értik. A beton autoklávolása többletszilárdságot eredményez, amely annak a következménye, hogy az autoklávolás hőmérsékletén a betonban a cement szilárdulása során felszabaduló kalcium-hidroxid, vagy a külön adagolt mészhidrát reakcióba lép a betonba adagolt kvarcliszttel. A reakció azonban csak akkor eredményez többletszilárdságot, ha a kvarcnak a fajlagos felülete igen nagy, kb. a cementével azonos. A legkedvezőbbnek mondható 70% kötőanyag és 30% finomőrlésű kvarc arány, mert kb. ezzel adódtak a legkedvezőbb szilárdságok. Az autoklávolás technológiája ugyanazokból a szakaszokból tehető össze, mint a gőzölés technológiája. Az autoklávolt beton nyomószilárdsága üzemi gyártás során is elérheti, sőt meghaladhatja a 100 MN/m2-t. E betonoknak előnye az igen nagy térfogat-állandósága.

100

3.11. Különleges betonok

3.11.1. Vízzáró beton

Vízzáró betonokat csövek, víztornyok, vízmedencék stb. építéséhez használnak fel. A gyakorlatban a vízzáróság mértéke szerint ezeknél a szerkezeteknél a következő csoportokat különböztetik meg, (3.2. táblázat):

3.7. táblázat. Vízzáróság fokozatai

Beton megnevezése Vízveszteség üzemi víznyomásra a falon át l/m2nap

Különlegesen vízzáró 0,1

Vízzáró 0,2

Mérsékelten vízzáró 0,4

vízmedencék, víztornyok esetén általában megfelelő a vízzáró fokozat, amikor is a külső falról az átszivárgott víz el is párolog.A betonok vízzáróságát elsősorban azok tömörsége határozza meg, amely a szilárd alkotók alapján legalább 0,85 legyen, a levegőtartalom ne haladja meg a 2%-ot. Telített betont kell tervezni, mert ez esetben a legnagyobb a kezdeti tömörség. A beton alkotóit tehát úgy kell megválasztani, hogy ezt a célt elérjék.Vízzáró és különlegesen vízzáró betonhoz 55 pc, 45 pc vagy S54 35 pc, mérsékelten vízzáró betonhoz 350 pc választandó, 20%-nál kisebb hidraulikus pótlékkal. A cementtartalmat 320-360 kg/m3 között célszerű megválasztani, ha D 16-32 mm között változik. Ha D nő, a cementtartalom csökkenthető, mert csökken az adalékanyag közötti hézagtartalom.

101

A tömörséget legjobban az adalékanyag megfelelő szemmegoszlásával lehet befolyásolni. A betontervezés során ezt úgy szoktuk figyelembe venni, hogy az optimális finomsági modulus helyett annak 90%-át veszik számításba. Ez azonban csak közelítő meghatározás lehet, mivel döntő szerepe van a vízzárás szempontjából a homoknak. Emiatt a homok szemmegoszlására egyes szabványok, ill. szerzők, szemmegoszlási határgörbéket, ill. szemmegoszlási görbéket adnak meg.A kavics szemmegoszlásának nincs jelentős szerepe. A homok jó szemmegoszlását úgy lehet elérni, hogy mérsékelten vízzáró és vízzáró betonok készítése során az adalékanyagot 0-4 mm-es homokra és 4-Dmax mm-es kavicsra osztályozzuk szét, és külön-külön mérve adagolják. Különlegesen vízzáró betonokhoz még a homokot is 0/1 és 1/4 frakcióra kell bontani.A homok agyag- és iszaptartalma nem lehet több 3 térfogat%-nál, a kavics együttes por-, agyag- és iszaptartalma 0,5%-nál. A szemalak lehetőleg zömök legyen, a folyami és bányakavics előnyösebb a zúzottnál.Az adalékanyag legnagyobb szemnagysága (Dmax) ne legyen nagyobb betonréteg vastagsága egyötödénél, ill. az acélbetétek távolságánál. Ezek a megkötések a jó bedolgozhatóság miatt szükségesek.Célszerű ellenőrizni a legnagyobb szemnagyság függvényében a lisztfinomságú szemek (cement + az adalékanyag 0,25mm-nél kisebb része) mennyiségét, mivel a hazai folyami és bányahomokból – különösen mosás után – hiányzik a finomhomok.A beton tömörsége fokozható a különböző tömítőszerek hozzáadásával. A trasz a vízben megduzzad és tömítő hatása közismert. Ebből következik, hogy vízzáró betonhoz a legjobb volna a traszportlandcement, ilyen cementünk azonban nincsen. Korábban a vízzáró betonokhoz rendszeresen adagoltak traszt, amelyet kézi vagy gépi erővel szárazon kell a cementtel először gondosan összekeverni, hogy az

102

elkeveredés egyenletes legyen. A trasz a beton tömörségét azáltal is növeli, hogy a cement szilárdulása során felszabaduló kalcium-hidroxidot megköti kalcium-hidroszilikát formájában és így megakadályozza annak kioldódását, annak helyén hézagok képződését. 45 pc-inkhez maximálisan 25%, 35 pc-inkhez max. 15% trasz adagolható.A beton tömörsége fokozható konzisztencia javítószerek ( Plastol, Mavefor ) adagolásával, amelyek fokozzák a beton tömörségét és vízzáróságát.Tömítőszer a bentonit is. A cement tömegére vonatkozatott 1%-nál több bentonit azonban csökkenti a beton szilárdságát. Gondoskodni kell arról, hogy a betonba egyenletesen adagolják. Ha a beton váltakozva kiszárad és vízzel telítődik, akkor lassan kimosódhat belőle. Folyadéktartályok esetén sikerrel alkalmazható az a módszer, hogy a próbaüzemeltetés során bentonitot is tartalmaz a víz, és a vizet állandóan mozgatják. A pórusokat a vízzel kiszivárgó bentonit lassan eltömheti.Víztaszító szerként eredményesen használható még a bitumenemulzió is, amely ily módon a beton vízzáróságát fokozza.Igen gondosan kell megválasztani a bedolgozás módját is, különösen a munkahézagokat kell kerülni, illetve azokat megfelelően tömöríteni kell.Végül figyelembe kell venni, hogy a beton vízzárósága a beton korával nő, mivel a keletkezett kalcium-szilikáthidrátok beépülnek a pórusokba és fokozzák a tömörséget.

3.11.2. Kopásálló betonok

A szabvány a kopás mértéke szerint három osztályba sorolja a kopásálló betonokat.Az építőmérnöki gyakorlatban a következő építményeknél fordul elő a kopásálló betonnak a szükségessége:

103

a) Autóutak, repülőtéri kifutópályák, térburkolatok betonja,

b) Vízépítési betonok, melyek a hordalék, az uszadék, jég, stb. ütő és koptató hatásának vannak kitéve,

c) A gyalogjárdák, lépcsők betonja. Ezek egyenletes koptatásnak vannak kitéve a gyalogos forgalom által.

d) Ipari padozatok, melyek nagy terheket hordó vaskerekes kocsik koptató és ütőhatásnak is ki vannak téve.

e) Vasbeton silók és bunkerek oszlopai, amelyek a bunkerekből kiömlő érc és egyéb anyagok koptató hatásának vannak kitéve.

f) Csiszoló igénybevételeknek kitett betonfelületek.

Erős koptató és ütőigénybevételnek kitett helyeken keménybetont kell készíteni. A keménybetonhoz adalékanyagként réz- és ólomsalakot, szilíciumkarbidot (SiC) korundot, bórkarbidot ( B4C ), porcelánszemcsét, vasreszeléket stb. célszerű felhasználni. Keménybeton készíthető a következő összetétellel:

0-1 mm-es vasreszelék 30 tömeg%1-3 mm-es vasreszelék 30 tömeg%3-7 mm-es vasreszelék 40 tömeg%900 kg/m3 450pc,225 l/ m3 víz,

és használni kell még plasztifikáló, víztaszító anyagokat is.A fokozottan kopásálló beton előállítható bazalt, andezit és tiszta kvarc adalékanyaggal is. Ebben az esetben arra kell törekedni, hogy a beton minél tömörebb legyen, és minél kevesebb habarcsot tartalmazzon, mert az adalékanyagnak mindig nagyobb a kopási ellenállása, mint a cementtel készült habarcsé.A beton kopásállósága és a nyomószilárdsága között a 3.22. ábra szerinti összefüggés van. Jól látható az ábrából az adalékanyag keménységének a szerepe. Alapelvnek lehet tekinteni, hogy a keménybeton és a

104

fokozottan kopásálló beton B 560/400, a kopásálló beton B 400/280 minőségű legyen.A kopásálló betonokhoz legalább 450 pc-et kell használni, mivel a cement annál kopásállóbb, minél nagyobb a C3S –tartalma és a C3S/ C2S arány. A betonhoz felhasznált kőzet nyomószilárdsága legalább 125 MN/m2 és vízlágyulási tényező legalább 0,8 legyen.A kvarckaviccsal készített beton kopásállósága jó. A tervezés során azonban figyelembe kell venni, hogy a kvarckavics nem ütésálló és nem szikrabiztos. Ezért üzemanyag tárolók padozatához nem szabad felhasználni.

3.11.3. Sugárvédő beton

A korszerű gyógyászatban, a korszerű anyagvizsgálat során, valamint az atomreaktorokban egyre inkább felhasználnak radioaktív anyagokat. Az építés feladata ezzel kapcsolatban a sugárzási szintnek a leszállítása biológiailag még eltűrhető, az emberre nézve veszélytelen sugárzási szintre. A jelenleg szóba jöhető fontosabb sugárzások, amelyek ellen védekezni kell: a röntgensugarak, a radioaktív α, β és γ sugarak, és a magreaktoroknál a neutron sugarak.A nagy áthatolóképességű röntgensugarak hullámhossz-tartománya a rövidhullámú ibolyántúli sugaraktól a γ-sugarak tartományáig terjed.A röntgensugarak egy kis része hasznos sugárzás, amely a diagnosztika és terápia céljait szolgálja, a nagyobb része a káros sugárzás, s a sugárzást ért testek szekunder sugárzása, vagyis a szórt sugárzás. A hasznos sugárzással szemben legkedvezőbben ólommal lehet védekezni. Ez helyettesíthető egyéb szerkezeti anyagokkal is (vas, horgany, baritvakolat, beton nehéz, ill. súlyos stb.). A káros és szórt sugárzás ellen célszerű a röntgenlaboratórium falát egyéb anyaggal (beton, tégla stb.) védeni, amelyeknél a védekezés mértékét ólomegyenértékben szokás kifejezni. A védőfal vastagsága függvénye a csőfeszültségnek, az

105

áramerősségnek és a röntgencső fókusz és védett hely távolságának, valamint a helyettesítő anyag testsűrűségének. Az eddigi tapasztalatok szerint a szokásos adalékanyagokkal készített közönséges beton 0,30m vastagságban elegendő a röntgensugárzás elleni védelemre. Éspedig 200kW csőfeszültségig a szokásos beton legalább 2400 kg/m3 testsűrűséggel, ennél nagyobb csőfeszültség esetén legalább 3000 kg/m3

testsűrűséggel.A radioaktív sugarak közül az α és β sugarak általában kicsiny úthosszon elvesztik veszélyességüket. Így leárnyékolásuk néhány mm vastag fallal megoldható.γ sugarak elleni védelmül a nagy testsűrűségű nehézbetonok (NB jelű) jöhetnek számításba, mivel a sugárgyengítő hatás az alkotók atomsúlyától és a beton testsűrűségétől függ. Sugárgyengítő hatása arányos a beton testsűrűségével.A magreaktoroknál a neutronsugárzás elleni védelmül felhasznált betonnal szemben támasztott követelményt egyrészt az szabja meg, hogy az meg kell, hogy feleljen a γ-sugárzás elleni védelemnek, másrészt pedig a védőfal anyaga a neutronsugárzás leárnyékolására szolgál és emiatt könnyű elemeket (hidrogént) nagy fajlagos hatásfelülettel kell tartalmaznia. Ezt a betont hidrátbetonnak nevezik.A nehézbetont nehéz adalékanyaggal lehet előállítani. Így adalékanyagként számításba jön hazai viszonylatban a vas adalék, a limonit, a barit, a különböző nemesfém ércek salakja. A paksi atomerőmű 4500 kg/m3

testsűrűségű betonjához hematit és acélsörét adalékanyagot használtak. Két-három MeW energiájú γ-sugárzás szükséges lefékezéséhez megkívánt falvastagság víz ( ρt = 1 t/m3), a közönséges beton ( ρt = 2,3 t/m3), baritbeton ( ρt = 3,5 t/m3), a beton vasadalékkal ( ρt = 5,6 t/m3), sorra: 6,4m; 2,8m; 1,8m; 1,15m.

106

A nehézbeton szilárdsági jele NB, konzisztenciája földnedves. A víz-cementtényezőt általában 0,6-nál nem szabad nagyobbra választani.A neutronsugárzás elleni védelmül szolgáló hidrátbeton olyan nehézbeton, amelynek a hidrátvíztartalma is elő van írva. Így kötőanyagként kezdetben a közönséges cement helyett oxiklorid, oxi-szulfát, magnézium-oxid alapanyagú kötőanyagokat használtak, amelyeknek lekötött állapotban a hidrátvíz tartalma nagyobb, mint a cementé. Ma általában visszatérnek a szokványos cementhez annak ellenére, hogy ebből a szempontbók kevésbé hasznos.

3.11.4. Hő és tűzálló betonok

A betonokat hővel szembeni viselkedésük alapján csoportokba sorolhatjuk. Azon a hőmérsékleten nevezik a betont hőállónak ill. tűzállónak, amelyiken eredeti szilárdságának 50%-a tartós hőhatásra is megmarad. A normál betonban kb. 500°C hőmérsékletig csak kisebb változások mennek végbe, amelyekre bizonyos szilárdságromlás már bekövetkezik. 575°C hőmérsékleten az α kvarc adalékanyag β kvarc módosulatba megy át, ami térfogatváltozással jár, tehát a kvarc adalékanyagú beton tönkremegy. A cementkő bomlása 500°C fölött fokozottabb, és kb. 800°C-nál befejeződik, a p.c. kötőanyagú betonok tönkremennek. Mindezek figyelembevételével a betonokat 500°C felett tűzálló cementtel és nem kvarc adalékanyaggal kell készíteni. Az I. kategóriába sorolhatók a szokványos homokos kaviccsal és kőzúzalékkal készített betonok. A II. kategória szerinti igénybevételek általában kéményszerkezetekben fordulnak elő, a III. kategóriának megfelelő hőmérséklet éri a betont az egyes ipari létesítményekben, kazánalapok esetén és sugármeghajtású kifutóművek pályáiban, a IV. kategóriába tartozó tűzálló betonokat elsősorban a kemencefalak építéséhez használják fel, sorrendben 200-500-800, ill. 1600°C hőmérséklet elviselésére.

107

A hőálló betonokhoz, ha a szilárdsági igény kicsi , akkor megfelelőek a 35 márkájú tiszta, vagy heterogén pc-ek. Ha a szilárdsági igény nagyobb, akkor 600-800°C hőmérsékleten már 35 alc I., 45 alc I., ill. 55 alc I jelű aluminát cementeket kell használni. Adalékanyagul megfelelnek azok az adalékanyagok, amelyeknek van megfelelő önszilárdsága, és ezen a hőmérsékleten nem károsodnak. Ilyenek: bazalt, vulkáni tufa, tégla, habosított kohósalak, kazánsalak, samott stb.A pc-ekből keletkező kalcium-szilikáthidrátok ebben a hőmérséklet tartományban már hidrátvizük nagy részét elveszítik, romlik a kötőerejük.Ezért legalább az adalékanyag finom részét olyan anyagból célszerű készíteni, amelyek kerámikus kötést hoznak létre. Ilyen savanyú anyagok: a traszliszt, a samottliszt, pernye, kazánsalakliszt, téglaliszt, esetleg korundliszt. Mivel a keramikuskötés létrejöttéhez általában ennél nagyobb, tehát az 500-800°C-nál nagyobb hőmérsékletre van szükség, ezért célszerű olyan anyagot is belekeverni, amely a keramikuskötés létrejöttéhez szükséges hőmérsékletet leszállítja. Ilyen anyag, pl. a borax. Az első felfűtéskor a hőmérsékletet célszerű 1000°C-ig növelni.A IV. kategóriájú tűzálló betonokhoz csak tűzálló aluminát cementeket (esetleg nátrium-szilikofluorid, vízüvegek, ill. kausztikus magnézia kötőanyagot) szabad használni. Adalékanyagként samott-zuzalékot és samottlisztet használnak.Vasalt hő- és tűzálló betonok készítése során nem szabad figyelmen kívül hagyni azt a tényt, hogy a beton és az acél hőtágulása – bár közel van egymáshoz – de nagy hőmérséklet esetén még így is lényeges alakváltozás különbség állhat elő. Továbbá figyelembe kell venni, hogy az acél szilárdsága 400°C feletti hőmérsékleten rohamosan csökken. Ezért olyan betontakarást kell létrehozni, amelyik biztosítja, hogy 400°C-nál nagyobb hőmérséklet az acélbetéteket nem éri, vagy különleges hőálló acélbetétet kell beépíteni.

108

Az acélbetét tapadása a hőmérséklet növelésével jelentősen csökken, ezért csak periodikus profilú acélbetétet szabad használni, és le kell horgonyozni.Az első felfűtést nagyon lassan kell elvégezni, mert először a betonnak ki kell száradnia. Arra kell törekedni, hogy a beton tűztér felöli oldala teljesen gázzáró legyen, és az agresszív hatásoknak ellenálljon. Ezért azt az oldalát célszerű vízüvegkenéssel, vagy bóraxkenéssel ellátni. A vízüveg a beton pórusait tömíti el, a bórax pedig olvadás közben egy üvegréteget hoz létre.A betonfal a felfűtés és a lehűtések során így is gyakran megrepedezik. A repedezéseket 100°C alatti hőmérsékleten cement és samott dara 1:3 arányú keverékével, kell tömíteni.

3.12. Különleges betontechnológiák

3.12.1. A vákuum eljárás

A beton szilárdságára a víz-cementtényező nagy hatást gyakorol, sűrű vasszerelés közé azonban nem lehet bejuttatni csak a képlékeny, esetleg a gyengén képlékeny betont, amelyik viszont kisebb szilárdságú. A betonnak ezen hibáján igyekszik segíteni a vákuum-eljárás, amelynek lényege az, hogy a bedolgozott beton felületére illesztett, vagy abba bemerített vákuumkamrán keresztül levegőt és vele együtt vizet szívnak el a betonból.A betonfelületen létesített vákuum hatására a víz a betonból a felület felé elmozdul és a szűrőrétegen át eltávozik. A víz áramlása következtében a betonban légutak keletkeznek, de ezek a szívás hatására kisebbednek. Szinte teljesen megszűntethetők a vákuummal együtt létrehozott vibrálás által (vibrovákuum eljárás). A vákuumozás a cementszemcsék felületén levő levegőhártyát eltávolítja. Ezáltal meggyorsul a víz behatolása a cementbe.Az eljárás által lehetővé válik, hogy a betont egy folyós betonból állítsák elő, amelyik könnyen bedolgozható,

109

később azonban víz-cementtényezőt jelentősen csökkentik, úgy hogy a beton szilárdsága olyan lesz, mintha eredetileg is földnedves betonból készítették volna. A beton vákuumozásának nagy előnye, hogy a vákuumozás befejezése után pár óra múlva a légzáró zsaluzat leszedhető, tehát lényegesen lerövidül a kizsaluzási idő és meggyorsul a szilárdulás.Vákuumozás céljaira megfelelő a szemeloszlási B határgörbét alulról közelítő folytonos szemmegoszlású adalékanyag. A beton közelítően telített legyen. A víz-cementtényező ne legyen 0,55-nél nagyobb.A vákuumozást legkésőbb a kötési idő kezdete előtt meg kell kezdeni.A vákuumozás során elszívott víz mennyisége függ a vákuumozás mértékétől, a beton összetételétől, az elem vastagságától és az elszívás tartamától. A vákuum célszerű mértéke 26,7x103…41,3x103 Pa. A 200 mm-nél vastagabb elemeket két oldalról kell vákuumozni. Általában elegendő a keverővíz 20-30%-át vastagabb elemek esetén 15-20%-át elszívni.

3.12.2. A pörgetett beton

Az ún. pörgetett betont elsősorban körszimmetrikus vasbeton csövek vasbeton lámpa- és távvezeték oszlopok előállítására használják fel. Lényege az, hogy a henger alakú fémsablont nagy sebességgel forgatják, és így a sablonba adagolt friss betont a centrifugális erő a zsaluzat falához nyomja, miközben a felesleges vizet a betonból kiszorítja. Így olyan beton állítható elő, amelyik néhány órán belül kizsaluzható, vízzáró és tömör. Az eljárás során számolni kell a beton anyagainak bizonyos szétkeveredésével, így pl. kívül helyezkednek el a durva adalékszemek, azon belül fokozatosan egyre kisebbek, és végül a cementpép. Ennek megfelelően a keresztmetszet mentén kívül a cementtartalom mintegy 400kg/m3 és bent pedig az 1000kg/m3-t is elérheti. A keresztmetszet mentén ennek megfelelően a beton szilárdsága is változik. A pörgetés

110

közben a kerületi sebesség 250-500 m/sec, a pörgetési idő 10-15 perc.

3.12.3. A prepakt beton és kolkrét beton

Mindkét eljárás olyan betonozási módszer, amely során a cementhabarcsot a zsaluzatba előre elhelyezett durva adalékanyag hézagai közé sajtolják be. Mindkét eljárás előnyösen alkalmazható víz alatti betonozáskor, fúrt cölöpök, nagytömegű betonok készítése során.A prepakt betonhoz rendszerint 15-20 mm-nél nagyobb szemnagyságú kavicsot dolgoznak be a zsaluzat közé, és eközé sajtolják be az 1-2,5 mm legnagyobb szemnagyságú adalékanyaggal készített habarcsot. A habarcsban 1 tömegrész cementhez 1-2 tömegrész olyan homokot kell adni, amely legfeljebb 25%-ban 0,2 mm alatti finomhomokot tartalmaz és annyi vizet amennyi a szivattyúzhatósághoz szükséges. Célszerű a konzisztencia javító anyagok használata. Kutak víz alatti záróbeton fenekének elkészítéséhez jól bevált összetétel:

0,1-1,5 mm-es homok 50 tömeg%őrölt kovakő 16,5 tömeg%stabilizált Na-bentonit 0,5 tömeg%portlandcement 33 tömeg%

A prepakt-beton készítése során a cementhabarcsot 25-40 mm belső átmérőjű perforált acélcsöveken keresztül sajtolják be, és a csövet besajtolás közben fokozatosan visszahúzzák. A csövek távolsága általában 1 m-nél nagyobb, a sajtolónyomás legalább 0,1 MN/m2.A kolkrét eljárás és a prepakt eljárás közötti különbség a habarcs összetételében s durva adalék legkisebb szemnagyságában és a kitöltés módjában van. A kolkrét eljárás során a habarcsot 0-2 mm-es, vagy 0-4 mm-es szemnagyságú homokból, vízből, kötőanyagból és pernyéből, vagy traszból állítják elő. A keverő berendezés két dobból áll. Az egyik dobban előbb a vizet és a kötőanyagot keverik össze, majd egy vékony

111

szájnyíláson keresztül átpréselik másik keverődobba, ahol is az adalékanyaggal keveredik össze. A durva adalékanyag legkisebb szemnagysága 40 mm, de legjobban bevált az 50-70 mm-es adalékanyagból készített váz. A habarcsot az előre elhelyezett durva adalékváz közé a prepakt eljárás során alulról, a kolkrét eljárás során pedig felülről injektálják.Mindkét eljárással előállított betonnak lényege az, hogy a betonnak csak egy részét (kb. 30-40 %-át) kell a betonkeverőben megkeverni és az így előállított beton elég tömör, a zsugorodás nagyon kicsi, mivel az adalékváz a nyomásokat egymásra támaszkodva felveszi.

3.12.4. Ciklop- és úsztatott beton

Ciklop betonnak nevezik azt a betonfajtát, amelyik a szokásos betonkeveréken kívül tartalmaz nagyméretű beton- vagy kődarabokat is. A kézi bedolgozású ciklopbetont nevezik úsztatott betonnak. Az ilyen beton elsősorban alapok készítésénél használható fel. A betondarabok nyomószilárdsága az előírt betonszilárdságnak legalább a kétszerese legyen. A terméskő nyomószilárdsága legalább 50 MN/m2 legyen, de nem szabad erősen vízszívó, repedezett, málló köveket felhasználni. A kövek tömege 10-30 kg között lehet, de legnagyobb méretük is kisebb legyen, mint a betontest legkisebb méretének a fele. 1m3 betonba 30-40 % terméskő, illetve kész betondarab helyezhető el. A kövek szennyeződéstől mentesek legyenek és a beépítés előtt jól meg kell azokat tisztítani, télen jégmentesíteni kell. A ciklopbeton készítse során a munkagödröt gondosan kitisztítják, alsó rétegként mintegy 150 mm vastag betonréteget készítenek, azután elhelyezik arra a kőréteget úgy, hogy a kövek között legalább 50 mm hézag legyen. Hasonlóképpen 50 mm hézagnak kell lennie az egymás fölött levő két kősor között is. Befejező rétegként megint egy 150 mm vastagságú réteget betonoznak.

112

A beton legalább képlékeny konzisztenciájú és kissé túltelített legyen.

3.12.5. Vízalatti betonozás

Olyan betonozási eljárás, amely során a friss betonkeveréket a vízen át juttatják a betonozás helyére. Víz alatti betonozást csak állóvízben szabad végezni. Folyóvízben zsaluzattal, illetőleg szádfalakkal úgy kell körülvenni a munkateret, hogy a víz sebessége elhanyagolható legyen. A víz alatti betonozáshoz 45 pc-t és 35 pc-t használnak. Az adalékanyag folytonos szemmegoszlású és kb. a vízzáró betonok összetételének megfelelő legyen. A beton minősége legalább C20-as, konzisztenciája pedig képlékeny legyen. A víz alatti betonozásnál számítani kell arra, hogy beton m3-enként mintegy 50 kg cementet a víz kimos, tehát ennyivel többet kell adagolni. A víz alatti betonozás elvégezhető vízkiszorításos eljárással, süllyesztő edényekkel, mozgó tölcsérekkel, vagy álló tölcsérekkel és betonszivattyúval.Mindegyik eljárás során be kell tartani azt a szabályt, hogy a tölcsér alja nyúljon bele a már leengedett friss betonba, mert ha a vízen át esik le, akkor a víz a cement nagy részét kimossa. Ha pedig résfalas alapozás esetén a beton a bentonitzagyon át esik le, akkor a beton nagymennyiségű bentonittal keveredik, és szilárdsága igen lecsökken.

3.12.6. Injektálás

Az injektálás lényege, hogy a betont a talajban levő kiüregelődésekbe, repedésekbe nagy nyomás segítségével sajtolják be. Az injektáláshoz használt cement jó víztartalmú, finomőrlésű, nehezen ülepedő legyen. Agresszív hatások esetén legyen korrózióálló is. Az adalékanyagnak a szokványos követelményeken kívül alkalmazkodnia kell a besajtolandó tér, valamint a szállítócső méreteihez. Ha a csővezeték belső átmérője 125 mm, ill. 200 mm, akkor az adalékanyag legnagyobb szemnagysága kavics esetén 30, ill. 80 mm lehet. A

113

csővezetéken átsajtolt beton habarcsdús, képlékeny konzisztenciájú, cementtel túltelített legyen. Előnyös a gömbölyded homokkal készített habarcs, amelyben a 0,5 mm alatti szemek mennyisége 25-35 % és a 0,1 mm alatti szemeké 5-10 %. A sajtolást elősegítik a különböző konzisztencia javító szerek, amelyek a cementpépet plasztikusabbá, szivattyúzhatóbbá teszik, és az ülepedést gátolják. Ha a szilárdsági igények kicsik, abban az esetben 5-15 % agyag is adagolható a cementpéphez. Az agyag a centkő szilárdságát lényegesen rontja, ellenben javítja a keskeny repedésekben eltömhető részeknek a mennyiségét. Agyag helyett igen előnyösen használható a bentonit agyagásvány. A szivattyúzásra alkalmas beton víz-cementtényezője 0,5-0,6.

3.13. KönnyűbetonokA könnyűbetont a közönséges betonhoz hasonlóan szintén kötőanyagból, vízből és adalékanyagból állítják elő. A könnyűbeton abban különbözik a normál betontól, hogy a porozitása nagyobb, illetőleg tömörsége lényegesen kisebb. A porozitást alapjában véve kétféleképpen lehet növelni. Ennek megfelelően a könnyűbetonokat két csoportra osztjuk: adalékanyaggal előállított könnyűbetonok és sejtesített könnyűbetonok. Az adalékanyaggal előállított könnyűbetonok esetén rendszerint könnyű adalékanyagot használnak, és a pórusszerkezetet az adalékanyag tartalmazza. A sejtesített betonok esetén pórusképző anyagot kevernek a betonba, és így alakítják ki a porózusabb szerkezetet. A sejtesített könnyűbetonok azonos testsűrűség esetén nagyobb szilárdságúak, mint az adalékanyaggal készített könnyűbetonok, viszont velük nem lehet olyan szilárdságot elérni, mint a könnyűadalék-anyagos betonokkal.

114

3.13.1. Adalékanyaggal előállított könnyűbetonok

Szerkezetük szempontjából az adalékanyaggal készített könnyűbetonokat két csoportra osztják. Az egyik az egyszemcsés szemszerkezettel előállított könnyűbeton, amelyben a kötőanyag az egyes adalékanyag szemcséket teljesen körülveszi és azokat az érintkezési pontokon össze is ragasztja, de a szemcsék közötti tér kitöltetlen marad és ezáltal a hőszigetelő képességük nő. Adalékanyagául felhasználható olyan kőzetaprításból származó zúzalék, amelynek a testsűrűsége legalább 2600 kg/m3, hézagtérfogata 1%-nál kisebb. Továbbá a zúzaléknak 10-20 mm szemcseméretűnek, megfelelő tisztaságúnak és lehetőleg kubikusnak kell lenni. A cementtartalom kb 200 kg/m3, 35 ill. 45 pc. Cement: adalék arány 1:7 vagy 1:8. a megkevert betont 10 percen belül beöntik a zsaluzatba és az adalékszemek az esés során önmaguktól rendeződnek. A betont döngölni nem szabad, mert a pép leülepedik. A falakat csak nyomásra kell igénybe venni.A másik a lépcsős, vagy folytonos szemszerkezettel előállított könnyűbeton, amelyben a habarcs kitölti a durva adalékváz hézagait.A folytonos szemmegoszlású könnyűbetonhoz 0-30 mm szemnagyságú adalékanyagot használnak. A beton szilárdságát a 0-1 mm-ig terjedő szemcsék mennyisége, a cement minősége és mennyisége, valamint a tömörítés foka határozza meg. Az optimális szilárdságokat általában akkor kapjuk, ha a 0-1 mm közötti szemcsecsoport mennyiségek az adalékanyag 30-35 %-át teszik ki. A 0-1-es rész lehet zúzott homok, azonban legcélszerűbb közönséges természetes homokot használni.Könnyűadalék-anyaggal készített beton esetén a víz-cementtényezőnek közel sincs ilyen szerepe. Ennek oka egyrészt az, hogy a keverővíz egy részét a könnyű adalékanyag felszívja és így a víz-cementtényező pontos értéke nem határozható meg. Másrészt oka az, hogy a

115

könnyűbetont rendszerint adott testsűrűségig tömörítik, és nagy lehet a beton légtartalma. Folytonos szemmegoszlású betonhoz szükséges keverővíz mennyiségét az adalékanyagnak és a cementnek együttes tömegére szokás vonatkoztatni és víz-szárazadalék tényezőnek nevezik. A keverővíz mennyiségét úgy kell megválasztani, hogy elég legyen a cement hidratációjához és az adalékanyag vízigényének kielégítéséhez. Ez a víz-szárazadalék tényező rendszerint 0,15-0,30 között van attól függően, hogy az adalékanyag vízfelszívása milyen mértékű. A folyamatos szemmegoszlású adalékanyaggal készített betont kényszerkeverőgépben kell megkeverni. A könnyűbeton szilárdságát befolyásolja az a körülmény, hogy az alkotórészeket milyen sorrendben adagolják a keverőgépbe. Először a szükséges vízmennyiséget és a száraz adalékanyagot adagolják a keverőbe és azt kb. egy percig keverik. Az így előnedvesített adalékanyaghoz adják hozzá a szükséges cementmennyiséget és a betont további kb. 1,5 percig keverik. Ha így keverik a betont, abban az esetben szilárdsága nagyobb lesz, mintha a közönséges beton készítésekor említett sorrendben adagolják az anyagokat.A gyengén képlékeny konzisztenciájú beton bedolgozható döngöléssel, vibrálással, és nyomással egybekötött vibrálással. A betont addig kell tömöríteni, amíg a kívánt testsűrűséget el nem éri. A tömörítéshez célszerű 5-7000 ford/perc vibrátorokat használni.A szilárdság előrebecslésére többféle képletet dolgoztak ki. Újhelyi kimutatta, hogy teherbíró könnyűbetonok esetén használhatók a víz-levegő-cement tényezős képletek és néhány adalékfajtára meghatározta a kísérleti állandókat.A második csoportba sorolt könnyűbetonokkal szemben szilárdsági és testsűrűségi követelményeket támasztanak.

116

A hőszigetelőképességet, ill. a λ hővezetési tényezőt azáltal vehetik figyelembe, hogy egyféle anyag felhasználása esetén a hővezetési tényező egyenesen arányos a beton testsűrűségével ( kiszáradt állapotban ).A friss beton tervezése során tehát adottnak kell venni a beton testsűrűségét, és a rendelkezésre álló tömörítő eszköz ismeretében kell a betonösszetételt megállapítani.Újhelyi kohóhabsalakos betonokra nomogrammos tervezési módot dolgozott ki. A vízcementtényezőnek nincs meghatározó szerepe. A beton testsűrűsége és szilárdsága közötti összefüggést a tömörítés mértéke és a cementtartalom határozza meg és ezek sorozatát bedolgozási modulusnak nevezte és B-vel jelölte:

B= T × c

ahol

a tömörítés mértéke,

ρB = a betömörített friss beton testsűrűsége kg/m3

ρBL = a laza betonkeverék halmazsűrűsége kg/m3

c = a beton cementtartalma kg/m3.A harmadik csoportba a hőszigetelő könnyűbetonokat soroljuk, amelyektől csak minimális szilárdságot, de előírt hővezetési tényezőt, páradiffúziós tényezőt és kis vízfelvételt kívánnak meg. Ezeket a hőszigetelő könnyűbetonokat olyan testsűrűségűre kell készíteni, hogy az előírt hővezetési tényezőjük biztosítva legyen.

3.13.2. Sejtesített könnyűbetonok

Sejtesített könnyűbetonoknak azokat a könnyűbetonokat nevezik, amelyek gáz- vagy habképzők által bevitt pórusok segítségével tesznek könnyűvé.A pórusképzésnek két alapvető módja van, nevezetesen a gázképzés és a habképzés. Ezen túlmenően még egy harmadik módja is lehetséges,

117

nevezetesen ha a pórust nagymennyiségű bevitt víz segítségével hozzák létre. A víz később eltávozik, és a pórusok visszamaradnak. Az előbbieket sejtbetonoknak az utóbbit mikroporitnak nevezik. A sejtbetonok felosztása a pórusképző anyagok és a kötőanyagok szerint, (3.3. táblázat):

3.8. táblázat. Sejtbetonok felosztása a pórusképző-és a kötőanyag szerint

PórusképzőKötőanyag

cement mészgázképzőhabképző

gázbetonhabbeton

gázszilikáthabszilikát

A sejtesített könnyűbetonokat az autoklávolás hőmérsékletén, kb. 176 °C hőmérsékleten szilárdítják. Ugyanis a mészből és homokból álló habarcsnak a szilárdságát természetes szilárdulás esetén csak az adja, hogy a mész visszaalakul kalcium-karbonáttá. Az autoklávolás körülményei között azonban a mész a kovasavval lép reakcióba és kalcium-hidroszilikátok képződnek, közel ugyanolyanok, mint amik a cement szilárdulása folyamán. Minthogy az a reakció a kvarcszemeknek a felületén játszódik le, azért itt igen finomőrlésű kvarc adalékanyagot kell felhasználni.Kötőanyagul cementet vagy meszet használnak. A cement kötőanyagú gázbetonok és habbetonok szilárdsága két részből tevődik össze, nevezetesen a cement által nyújtott szilárdságból, valamint a cement szilárdulása folytán felszabaduló kalcium-hidroxid és kvarc reakciójából adódó szilárdságból. A gázszilikát és habszilikát előállítása során csak az utóbbi szilárdság jön létre. Az őrölt égetett mész alkalmazása sejtesített könnyűbetonok esetén előnyösebb, mint a mészhidráté, mert az őrölt égetett mész oltódás közben nagy mennyiségű vizet von el a habarcsból, és ezzel a sejtváz gyors dermedését idézi elő.

118

Kovasavas adalékanyagul legtöbbször cementfinomságú kvarcőrleményt használnak fel. A kvarchomok SiO2 tartalma lehetőleg minél nagyobb legyen, feltétlenül 80 % felett. Felhasználható kovasavas adalékként a porszénhamu (ilyen betonokat állítanak elő Berentén), valamint az olajpala őrlemény is.Sejtképzőként gáz- vagy habképző anyagokat használnak fel. Mechanikai pórusképző eljárás legismertebb módja a habképzés. A legelterjedtebb habképző anyagok: enyvgyantás, gyantás szaponinos, alumo-szulfonát, hidralizált vér és hidralizált keratin habképzők.Kémiai pórusképző eljárás lényege abból áll, hogy a képlékeny állapotban lévő habarcshoz olyan anyagot kevernek, amelyik a habarcsot megkeleszti. Gázfejlesztő anyagként az alumíniumpor, vagy alumíniumpaszta, a hidrogén-szuperoxid és a kalcium-karbid jöhet számításba. Leggyakrabban alumíniumport vagy annak gyors reakciója miatt alumínium pasztát használnak, amely mészhidrát hatására az alábbi képlet szerint hidrogéngázt fejleszt:

2Al +3Ca(OH)2 = 3CaO + Al2O3 + 3H2O

A habképzővel gyártott sejtbetonok Oroszországban, a gázképzővel gyártottak pedig Svédországban, Lengyelországban és a nyugati államokban terjedtek el. A különböző adalékanyaggal, kötőanyaggal és sejtképzővel gyártó üzemek a fejlődés folyamán kétfele gyártási módszert alakítottak ki: a gyártástechnológiák megegyeznek abban, hogy a sejtesített habarcsot az autoklávolás előtt pihentetik. A cementtel készített sejtbetonokat legalább 12 óra hosszat, a mésszel készített sejtbetonokat legalább 4 órán át pihentetni kell. A két technológia közötti alapvető különbség az, hogy a sejtes habarcs zsaluzatba öntése a habarcs készítésének a helyén megy végbe (habbeton), a másik az, hogy a habarcs zsaluzatba

119

öntése a pihentető helyen megy végbe a sejtképződés és a sejtképződés a zsaluzatban folyik le ( gázbeton). Eltérés lehetséges még a gyártmány formázásának a technológiájában is. A kész gyártmány kialakítható úgy, hogy a sejtképzővel ellátott habarcsot nagyméretű zsaluzatba öntik és a habarcs megmerevedése után feldarabolják, de kialakítható úgy is, hogy a habarcsot a kész termék formájának megfelelő zsaluzatba öntik és úgy szilárdítják.Kis testsűrűségű mikroporitok előállításához teljesen önthető konzisztenciájú habarcsot, nagyobb testsűrűségű mikroporitok előállításához pedig földnedves konzisztenciájú habarcsot készítenek. A kis térfogatú mikroporitokat olyan habarcsból kell előállítani, amelyben a megszilárdulásig az egyes kvarcszemcsék lebegő állapotban vannak. Ezért ilyen habarcsokat őrölt égetett mésszel lehet készíteni, mert az őrölt égetett mész az oltódás közben nagymennyiségű vizet von el és ezzel egyidejűleg meg is merevedik. A mikroporitokat lényegében ugyanúgy szilárdítják, mint a többi sejtbetont. Ha azonban a kvarchomok helyett aktív, kötőképes kovasavat tartalmazó adalékanyagot használnak, amilyen pl. a pernye, abban az esetben az autoklávolás helyett a gőzölés, vagy a természetes szilárdulás is megfelelő szilárdságot ad.

3.14. Betonkorrózió, betonvédelem

3.14.1. Betonkorrózió fogalma

A korrózió a beton károsodása a külső vagy a belső–kémiai, fizikai-kémiai, biológiai-hatásokra.A belső betonkorrózió független a környezeti hatásoktól. Okozói:

cement és adalékanyag közti reakció (alkáli-adalék reakció);

az instabil cementkő árkristályosodása ( pl. bauxitcement );

120

a cementkő és a kiegészítő anyagok egymásra hatása.

A külső betonkorrózió a betonra kívülről ható anyagok, elektromos áram, vagy biológiai hatások okozta károsodás. A külső károsodás mértéke a beton alkotóitól, a beton szerkezetétől (tömörség, póruseloszlás stb.) az agresszív közegtől, hatásmódjától, intenzitásától és a környezeti tényezőktől (hőmérséklet stb.) függ. Ebből következik, hogy annál ellenállóbb lesz a beton, minél tömörebb, tehát minél nagyobb a vízzárósága és minél kedvezőbb a hézagok összefüggése, minél több cementet tartalmaz, de minél kevesebb mész szabadul fel a hidratáció során.A betonra kívülről ható anyagok által okozott korróziót kémiai-korróziónak nevezik és a hatásmechanizmus szerint négy korrózió-típust különböztetnek meg:Az „A” típusú korróziót a cementkő vegyületei lágyvíz vagy (és) sóoldatok hatására végbemenő oldódása vagy átalakulása okozza.A „B” típusú korrózió savak, savanyúan hidralizáló sók, lúgok és bázikusan hidralizáló sók hatására következik be.A „C” típusú korrózió azáltal megy végbe, hogy a hatóanyagok térfogat növekedéssel járó vegyületeket hoznak létre.A „D” típusú korrózió a szerves vegyületek hatására keletkezik.

3.14.2. „A” típusú korrózió

α) Kilúgozási korrózióA ható vegyület a cementkőt alkotó vegyületek oldódását vagy átalakulását csak meghatározott kölcsönhatás, pl. kilúgozó hatás esetén okozza.A ható közeg agresszivitását a kation minősége és mennyisége, valamint a keletkező kalciumvegyület oldékonyságát befolyásoló anion minősége és mennyisége határozza meg.

121

A kilúgozást okozó, gyakrabban előforduló kationok a nátrium, a kálium, a kalcium (500mg/l oldatkoncentrációig), valamint az ionmentes víz.A teljesen tiszta, sómentes, desztillált víz, ipari kondenzált víz, hólé, esővíz, patakok, tavak, folyók, lápok lágyvize káros a betonra.A lágyvíz kismennyiségű oldott anyagot tartalmaz, a telítettségi állapot eléréséig nagy mennyiségű anyagot képes feloldani. Így az ilyen lágy vizek a portlandcementtel készült betonokkal érintkezve kioldják a hidrolízis során felszabaduló kalcium-hidroxidot.A betonban levő kalcium-hidroxid kioldódása maga után vonja a beton értékes vegyületeinek, a kalcium-szilikáthidrátoknak és a kalcium-alumináthidrátoknak az elbomlását. A felsorolt vegyületek – mint ismeretes – csak akkor állandók, ha a betonban elegendő mennyiségű kalcium-hidroxid van. A kalcium-szilikáthidrátok és alumináthidrátok elbomlása a beton szilárdságának csökkenéséhez, majd széteséséhez vezet.A kalcium-hidroxid kioldódását a betonból számos tényező sietteti vagy akadályozza, közülük néhányat az alábbiakban ismertetünk:A víz keménysége. Ennek függvényében változik a víz oldóképessége. Kemény, kalciumdús vízben a mészsók kevésbé oldódnak, ezért ilyen vízben ritkán találunk komolyabb korróziót.A víz álló, vagy mozgó jellege. A beton felületén lassan cserélődő víz hatására a kioldásos korrózió olyan lassú lefolyású, hogy azzal gyakorlatilag nem kell számolni. A hordalékmentes (tiszta), lágy folyóvíz korrózióveszélyes. Ezzel szemben sok lebegő szemcsét tartalmazó lágy folyóvíz kevésbé veszélyes, mert ezek a szemcsék a beton felületére rakódva azt eltömik, és mintegy védőhártyát alkotnak.A csapadékvizek, mint tiszta, lágy folyóvizek a betonfelszínét, beton járófelületeket stb. elroncsolják.

122

A betonbók kioldható kalcium-hidroxid mennyisége nagymértékben függ az alkalmazott cementfajtától. A nagy C3S –tartalmú cementek, amelyekből a hidrolízis folyamán sok kalcium-hidroxid keletkezik, nem állnak ellen a lágyvíz hatásának. A lágyvíz oldóképességének csökkentésére ilyen esetben célszerű heterogéncementet, elsősorban trasz-, portlandcementet alkalmazni. Az ilyen cementtel készült betonban a hidrolízis útján keletkező kalcium-hidroxidot a trasz aktív kovasavja és alumínium-hidroxidja megköti kémiailag, ezzel a kioldódás veszélye csökken.A beton korának olyan értelemben van szerepe a lágyvíz okozta korrózióban, hogy a szilárdulás folyamatának előrehaladtával, a beton kötőanyaga részben tömörebb, gél szerkezetűvé, részben kristályosabb állapotúvá válik és ebben az állapotban a vegyületek oldhatósága, reakcióképessége kisebb mértékű.A betontömörség hatása: a kalcium-hidroxid kioldása a betonból nagymértékben függ a beton porozitásától. Tömör betonból a kioldás igen lassú lefolyású, mivel a víz csak igen lassan hatolhat a beton pórusaiba és így a feloldott kalcium-hidroxid csak igen lassan távozhat el az áramló vízzel. A felület tömörsége védelmet nyújt a lágyvíz behatolásával szemben és meggátolja a kalcium-hidroxid kioldását.A nyomás alatt átszivárgó víz hatására nő a korrózió. Az átszivárgó víz kalcium-hidroxidot old ki, magával viszi a külső felületre, ahol elkarbonátosodik és a finom eloszlású mészkő fehér kivirágzásként jelentkezik a műtárgy felületén.A kilúgozást befolyásoló anionok többfélék lehetnek:A képződő kalciumvegyület a ható közegben oldódik, a korrózió végbemegy (klorid, nitrát, acétát). A képződő kalciumvegyület a ható közegben nem

123

oldódik, ill. oldékonysága kicsi (karbonát, oxalát, sziliko-fluorid).A korrózió mértékét a reakciókörülmények és az új képződmény szerkezete, eloszlása határozza meg (tartarát, citrát).

β ) Cserebomlási korrózióAz agresszív vegyület kationja a cementkő vegyületeit kedvezőbb tulajdonságúvá alakítja, vagy oldódását okozza. A leggyakoribb kationok az ammónium és a magnézium.Talajvizeinkbe magnézium-ion főleg magnézium-szulfátból, magnézium-kloridból és magnézium-hidrokarbonátból kerül, amely az ismert módon magnézium-karbonátból képződik. A magnéziumsók általában veszélyesek a betonra, mert a kalciumsókkal cserebomlásba lépnek, pl:

MgCl2 + Ca(OH) 2 = CaCl2 + Mg(OH) 2

A magnézium-hidroxid vízben gyakorlatilag oldhatatlan, a beton pórusaiban, ill. felületén felhalmozódik. Áramló víz a magnézium-hidroxid csapadékot kimossa a betonból. A betonkötőanyagának összes kalciumtartalma fokozatosan kicserélődik magnéziumra, ami a beton szétesésére vezet.Az ammónium-ion főleg ipari szennyvizekben, trágyalében, műtrágyában, gázgyárakban fordul elő nagyobb mennyiségben.Az ammóniumsók veszélyesebbek a magnéziumsóknál, mert egyrészt reakcióba lépésük után ammóniagáz szabadul fel az alábbi egyenletek szerint:

2NH4Cl+Ca(OH)2 = CaCl2+2NH4OH

NH4OH → NH3+H2O

Másrészt a kalcium-hidroxidból keletkező, jól oldódó kalciumsó - CaCl2 - kimosódik a betonból. A két

124

folyamat hatására nagymértékben nő a beton porozitása, ami nagymennyiségű oldat érintkezését segíti elő a betonnal.

3.14.3. „B” típusú korrózió

α) SavkorrózióA savak hatására kétféle reakciómechanizmust különböztetnek meg. A savak roncsoló hatása főleg abból áll, hogy a beton felületén levő karbonátos réteget feloldják, és ezáltal a mész kilúgozódását elősegítik. A savak oldóképessége nagyobb, mint a lágyvízé, ezért a savas korrózió nagyobb károkat okoz, mint a lágyvíz. A betont a szervetlen és szerves savak egyformán megtámadják és tönkreteszik. A korrózió olyan savak hatására folyik le leglassabban, amelyek anionjai a kalcium-ionnal oldhatatlan, nem kristályosodó, térfogatban nem növekvő sókat képeznek.Betonkorróziót okozó leggyakoribb szervetlen savak: kénsav, sósav, salétromsav. Szerves savak közül: ecetsav, tejsav, hangyasav, humuszsav. Ezzel szemben a szénsavas korróziónak sajátos vonásai vannak, ezért külön foglalkozunk vele. A szénsav (H2CO3) a széndioxidgáz (CO2) vizes oldata. A természetben található kötött formája a CaCO3, MgCO3, FeCO3, stb. Mint ismeretes, szénsav hatására a talajból CaCO3, és MgCO3, oldódhat ki hidrokarbonátok formájában az alábbi egyenletek szerint:

CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2

MgCO3 + CO2 + H2O ↔ Mg(HCO3)2

A hidrátkarbonátokban kötött szénsavat „félig kötött” szénsavnak mondjuk, mert ezek a tömeghatás törvénye értelmében csak akkor állandóak, ha a vízben az egyensúlyi állapotnak megfelelő CO2 is oldva van.

125

A szabad szénsav mennyiségének azt a részét, amely a hidrokarbonátok oldatban tartásához szükséges, egyensúlyi szénsavnak, míg az oldatban levő többi szabad szénsavat agresszív szénsavnak nevezik. Ha tehát a víz szabad szénsavtartalma a hidrokarbonátok koncentrációjának megfelelő egyensúlyi szénsavmennyiséget meghaladja, a szabad szénsav kioldja a betonból a korábban képződött CaCO3 –at és porózussá teszi azt. Általában pedig a hidrokarbonát és szabad szénsavtartalmú víz a cement kötésekor hidrolízis útján keletkezett Ca(OH) 2 -vel reakcióba lép és megbontja a beton kémiai egyensúlyát, ill. a szénsav a kovasavnál erősebb sav lévén, elbontja a kalcium-szilikáthidrátokat is.

β) LúgkorrózióA lúgok korróziós hatása jóval kisebb mértékű a savakénál. Kiskoncentrációjú lúgos oldatok nem károsak a betonra, hiszen a cement maga is lúgos kémhatású a hidrolízis folyamán keletkezett Ca(OH) 2

–től. A betonra csak az erős lúgoldat ártalmas, mint pl. a tömény NaOH oldat, amely elsősorban a kalcium-alumínáthidrátot oldja ki a betonból oldható nátrium-aluminát formában.

3CaO × Al2O3 × 6H2O + 6 NaOH = 2Na3AlO3 + 3Ca(OH) 2 + 6H2O

Az egyes klinkerásványok lúgérzékenysége növekvő sorrendben a következő:

C3S < C2S < C4AF < C3A

Az ammónium-hidroxid nem károsító hatású.

3.14.4. „C” típusú korrózió

α) Térfogat növekedést okozó kémiai reakciókAz agresszív vegyületek a cementkő alkotóival reakcióba lépnek és azáltal nagyobb térfogatú vegyület keletkezik, ami a cementkő szerkezetét roncsolja. A leggyakrabban előforduló ionok a szulfát, a benzonát és a fenolát.

126

Szulfát-ion a talajvizekbe a kénsav valamely sójának oldódása útján kerül, ill. a talaj egyes kéntartalmú vegyületeinek valamilyen szulfáttá való oxidációja útján. A sók közül a legfontosabbak:

kalcium-szulfát (CaSO4 - 2 H2O) nátrium-szulfát (Na2SO4 × 10 H2O) kálium-szulfát (K2SO4) magnézium-szulfát (MgSO4 × 7 H2O )

A kéntartalmú vegyületek átalakulásáról legfontosabb folyamat, egyrészt a pirit (FeS2) szemcsék oxidációja vasszulfáttá és kénsavvá:

4FeS2 + 2H2O + 15O2 = 2Fe2(SO4) 3 + 2H2SO4,

másrészt a kéntartalmú szerves anyagok elbomlásakor keletkező hidrogén (H2S) oxidációja kénsavvá:

2H2S + 4O2 = 2H2SO4

A keletkezett kénsavat a talajban mindig jelenlevő karbonátok átalakítják valamilyen szulfáttá pl:

CaMg(CO3)2 +2H2SO4 = CaSO4 + MgSO4 + 2CO2 + 2H2O

Az ipari szennyvizekben főleg az ammónium-szulfát (NH4)2SO4, rézszulfát (CuSO4), cink-szulfát (ZnSO4), alumínium-szulfát (Al2(SO4)3) és vas szulfát (FeSO4, Fe2(SO4)3) fordul elő. A szulfátos korrózió általában abban különbözik a lágyvíz okozta és cserebomlásos korróziótól, hogy nem kilúgozást, hanem térfogat növekedést okoz. Ez a térfogat növekedés létrejöhet részben a Ca(OH)2 részben a Ca(OH)2 és a 3CaO × Al2O3 × 6H2O együttes hatására. A betonban a szabad mész CaSO4 × 2H2O-t, gipszet képez. Ez a folyamat térfogat növekedéssel jár és a megszilárdult beton szövetszerkezetét szétroncsolja. Ez a roncsoló hatás nagymértékben fokozódik, ha a képződött gipsz további reakcióba lép a beton 3CaO2 × Al2O3 × 6H2O

127

tartalmával. A reakció folyamán kalcium-aluminát-szulfáthidrát képződik. Ez a vegyület a cementbacilus, a természetben is előfordul, ettrignit néven ismerik. A vegyület 31 molekula vízzel kristályosodik és jelentős térfogat növekedése folytán nagymértékű duzzadási nyomást fejt ki a betonban. A roncsoló hatás akkor keletkezik, ha a szulfátion a már megszilárdult betonnal jut érintkezésbe, ilyenkor a korábban kialakult szövetszerkezetet feszíti szét.Nem következik be roncsolás, ha a kalcium-szulfát-alumináthidrát képződés a cement kötési folyamatával egyidőben történik, mert ilyenkor a nagytérfogatú hidrátvegyületek még be tudnak épülni a hidrogén állapotú beton szövetébe.

β) Térfogat növekedést okozó kristályosodásA ható vegyület, oldat formájába felszívódik a pórusokba, majd a betonban kikristályosodik, és a beton szerkezetét roncsolja. Ez a folyamat játszódik le az építőkövek kristályosítási vizsgálata során, amikor is a korróziót mesterségesen hozzuk létre.Nem valószínű, hogy létrejöhet utak téli sózása esetén. Ez esetben a korrózió azáltal következhet be, hogy az olvasztáshoz szükséges hőt környezetüktől vonják el, így a betonban hirtelen hőmérsékletesést, un. hőlökést okoznak. Az ebből keletkező húzófeszültség meghaladhatja a beton húzószilárdságát, ami repedéshez vezet.

3.14.5. „D” típusú korrózió

A szerves vegyületek által okozott korrózió mechanizmusa nem teljesen ismert.Eredetük, vegyi összetételük szerint különbözőképpen hatnak a betonra. A lenolaj, ricinusolaj, vaj, állati zsírok vagyis az észter típusú vegyületek károsan hatnak a betonra. Ezek a vegyületek a beton Ca(OH)2-jával elszappanosodnak, vagyis az olajok és zsírok vaskomponenseivel szilárdság nélküli sót képeznek. Hosszabb ideig tartó behatásra a beton teljesen

128

meglágyul. Más a helyzet az ásványi olajokkal és zsírokkal, amelyek főtömegükben s szénhidrogénekből állnak (kenőzsírok, kenőolajok, petróleum stb.). A felsorolt anyagok akkor károsak a betonra, ha a beton porózus, és ezáltal átitatják, vagy pedig, ha az anyagok savtermészetű vegyületeket, mint nafténsavakat, fenolokat tartalmaznak, amelyek a kalcium-ionokkal sókat képezhetnek. A sóképzés a beton elroncsolódásához vezet. A savmentes ásványi olajok sem egészen hatástalanok a betonra. A betonba hatolva annak a tulajdonságait (pl. cementkő és adalékanyag tapadása) kedvezőtlenül befolyásolják, de eltávolításuk (pl. kiszárítás) után a beton közelítően visszanyeri eredeti tulajdonságait. Ezért ezt a jelenséget reverzibilis korróziónak nevezik.

3.14.6. A beton védelme korrózió ellen

A védekezés aktív módjai

Az agresszív víz, olaj stb. elvezetése. Ez az egyik legmegbízhatóbb módja a korrózió elleni védelemnek, de nem mindig alkalmazható. Az agresszív víz közömbösítése ( ez lehetséges vegyi vagy biokémiai úton, de ritkán alkalmazzák).A támadó hatású talajvíz agresszivitásának csökkentésére minden olyan reakció alkalmas, amely a támadó hatást semlegesíti. Így pl. a veszélyes savas hatást darabos mészkővel, vagy dolomittal, égetett mésszel, mészhidráttal, mésztejjel és egyéb hulladék lúgoldatokkal semlegesíteni lehet. A szénsav korróziója ellen a portlandcementhez mészkőlisztet adagolnak. Védőhatása azon alapszik, hogy a szénsav a kalcium-karbonátból kalcium-hidrokarbonátot képez és beszivárog a betonba, ahol a kalcium-hidroxiddal reagálva finom eloszlású por formájában kicsapódik ismét, mint kalcium-karbonát és a pórusokat eltömi. Előnyös szénsavhatások ellen a nagyobb cementadagolás is, mert a nagyobb tömörség mellett a több cementből a hidrolízis folyamán több Ca(OH)2

129

szabadul fel, amely több szénsavat köt meg. Biológiai védelemmel, pl. a szulfát-ion korróziós hatásának kivédése során találkozunk. Ismeretesek olyan baktériumok, amelyek levegőmentes (anaerob) körülmények között a talajvízben levő szulfát-ion kénhidrogénjét (H2S) redukálják. A keletkező kénhidrogén a betonban nem okoz duzzadásos korróziót, vasbetonra azonban káros, mert a vasbetét korrózióját elősegíti.

A védekezés passzív módja

α) A megfelelő cementfajta megválasztása az agresszivitás mértékétől függően. Számításba jöhetnek a kohósalak-portlandcementek és az S 54 jelű szulfátálló portlandcementek.

β) Vízzáró beton készítése.γ) Vízzáró felületi réteg kialakítása

Minden támadó hatás a beton felületén kezdődik, ezért a beton felületének állapota fontos szerepet játszik a korrózió elleni védelemben. A felületi kiképzéstől, bevonattól megkövetelik, hogy vízátnemeresztő, hézagmentes, a felülethez jól tapadó, szilárd, de rugalmas legyen. A felületi védelem közül néhányat röviden az alábbiakban ismertetünk: - A felületi réteg természetes karbonizációja, huzamosabb ideig tartó levegőztetés vastagabb karbonátréteg képződését eredményezi. Ezért célszerű a betont kizsaluzása után levegőn hagyni és csak később betakarni földdel. A tömött karbonátréteg a sav hatása ellen nem véd, azonban a víz oldó hatása és a mozgó, de kevésbé agresszív víz roncsoló hatása ellen védelmet nyújt.- Vízzáró cementvakolat készítése kézi eljárással, vagy torkrét eljárással.- Vízüvegbevonat készítése. A vízüveg, mint ismeretes, kovasav tartalmú, nátrium-metaszilikát oldat (Na2SiO3 × 3 SiO2). Vakolatra, betonfelületre

130

felhordva a szabad Ca(OH)2-al kalcium-metaszilikát-hidrátot képez (CaSiO3 × H2O), amely a pórusokat teljesen eltömi és a beszáradás után igen gyorsan jól védő, zomácszerű 1-2 mm vastag bevonatot ad.A vízüveget frissen készült felületre kell felvinni, mert levegőn már karbonátosodott rétegen a kalcium-szilikát képződés elmarad, és a védőréteg helyén a vízben oldható Na2SiO3 marad.- Szappanos bevonat készítése. A beton felülete hidrofobbá tehető, ha előbb vizes szappanoldattal, majd utána szervetlen sók (AlCl3, ZnCl2 stb.) oldatával kezelik. A szervetlen sók a nátrium szappanokat oldhatatlan alumínium-, cink-, kalcium-szappanokká alakítják. A pórusokban kicsapódott szappanok a felületi réteget tartósan vízzáróvá, hidrofóbbá teszik.- Fluátozás: a szabad Ca(OH) 2 tartalmú betonok felületének tömítésére, keményebbé tételére vízben oldható fluoridokat használhatnak. A fluoridok zománcszerű, nem fényes bevonatot adnak az alábbi reakció szerint:

2NaF + Ca(OH)2 = CaF2 + 2NaOH

A képződött NaOH a levegő CO2–vel nátrium-karbonátot képez, amelyet az esővíz a felületről lemos.A nátrium-fluorid (NaF) helyett bármely vízoldható fluorid használható, (Na2SiF6, MgSiF6).A védőbevonatot a vízben oldhatatlan kalcium-fluorid (CaF2) képezi. A bevonat igen jól tapad, és jól tömít, vastagsága 2-3 mm.A fluátozásnál szigorúan be kell tartani az óvóintézkedéseket, munkavédelmi előírásokat, mert a fluidok mérgező hatásúak.- Okratálás: a védőhatás szintén a CaF2 képződésén alapszik, lényegét az alábbi folyamat világítja meg:

2Ca(OH)2 + SiF4 = 2CaF2 + Si(OH)4

131

Igen nagy előnye, hogy a szilícium-tetrafluorid (SiF4) gáznemű vegyület és így előzetes vákuumozás után tetszés szerinti nyomással megfelelő vastagságú réteget itat át. Az így kezelt beton nemcsak a szulfátkorróziónak, hanem igen nagy töménységű savak huzamosabb ideig tartó hatásának is ellenáll.Az okratált betonban az acélszerkezet nem károsodik. Főleg előregyártott betontestek, mint nyomócsövek, csatornacsövek, cölöpök, burkolóalapok stb. védelméhez alkalmazzák.- Bitumen bevonatok: talajnedvesség, savat és más agresszív anyagot tartalmazó talajvíz ellen igen jó védelmet nyújt a bitumenbevonat.Háromféle módon használható felületek bevonására:

meleg állapotban, vizes bitumenemulzió alakjában, szerves oldószerben oldva.

Bitumenszigetelés nem alkalmazható abban az esetben, ha a felülettel érintkező anyag a bitument oldja, mint pl. benzol, széntetraklorid, fenol-homologok, éterek, ásványi-olaj származékok, zsírok stb. A meleg (forró) bitument, száraz, pormentes felületre kell hordani, két-három rétegben. A poros, nedves felületre felhordott bitumen lepereg a porréteg rossz tapadása, ill. a keletkezett vízgőz-pára feszítő hatása folytán. A vizes bitumen-emulzió nedves felületre is felhordható, az emulziós rétegből a víz elpárolog, a bitumenszemcsék összetapadnak, és összefüggő réteget képeznek (kicsapódás). Az emulzió kicsapódása a környezet hőmérsékletének és páratartalmának függvénye, nyáron száraz melegben 1-2 nap, hűvös-nyirkos időben 5-6 nap. A bitumenes szigetelés benzinben, benzolban, kőolajban oldott bitumen fedőmázat készítenek. Sav és lúgálló védőréteg kialakítása műgyanta bevonattal (a műgyanta több rétegben hordandó fel és tartalmazhat a szilárdság növelése céljából

132

üveggyapot adalékot is). A felület hidrofobizálása szilikonlakk kenéssel is lehetséges.

δ) Különlegesen erős korrózió esetén védőburkoló lapok elhelyezése sav- és lúgálló anyagokból (keramit, üveg, kőagyag, klinker, csempe, ólom stb.).Arra, hogy a fenti védekezési módok közül melyiket kell választani, az „Építményszerkezetek korrózióvédelme” és az „Irányelvek a korrózióvédelem tervezéséhez” műszaki irányelv tartalmazza.

3.15. Betontervezés

3.15.1. A beton általános jelölése

Régen a 200x200 mm élhosszúságú kockán, majd a 150mm átmérőjű és 300 mm magas hengeren és végül ma a 150x150 mm élhosszúságú kockán mért 28 napos nyomószilárdságot tekintettük, ill. tekintjük a beton nyomószilárdságának. A régi szabvány szerinti betonjelölésben - pl. B 200- a betűjel a beton testsűrűségét (2000-2500 kg/m3), a szám a beton nyomószilárdságát jelölte kp/cm2-ben. Ez az SI-rendszerben a 20N/mm2–re változott. A gyakorlatban a szabvány ma az utóbbi kettőt, azaz a hengeren (C), és a kis kockán mért nyomószilárdságot adja meg, ami egyben a két próbatesten mért eredmény megfeleltetését is jelenti, pl. C25/30, ahol a 25 a hengeren, a 30 a kis kockán mért nyomószilárdságot jelöli N/mm2-ben.Fentieken kívül a beton egyéb tulajdonságait is szokták jelölni, pl:

C25/30-24/kk-f50-vz4

ahol a 24 az adalékanyag maximális szemnagyságára-, a kk a kissé képlékeny konzisztenciára-, az f50 a fagyállóság-, míg a vz4 a vízzáróság fokozatára utal.

133

3.15.2. A betontervezés fogalma

A betontervezés egy előírt minőségű, ill. tulajdonságokkal bíró beton összetételének, azaz a betont alkotó adalékanyag, cement, víz, levegő arányainak meghatározását jelenti. A beton alapanyagait, a beton tulajdonságait és az egyes tulajdonságokat eldöntő tényezőket megismerve belátható, hogy a beton összetételének, illetve tulajdonságainak megtervezése bonyolult feladat. Még inkább az ha mindazokat a feltételeket, műveleteket és tényezőket is felsorakoztatnánk, amelyek egy-egy konkrét vasbeton szerkezet (feszített betonszerkezet) elkészítése közben a betonra vonatkoznak.Ezért a betontervezést általánosan a nyomószilárdság szempontjából vizsgáljuk, és a számtalan módszer közül az egyenletekkel (matematikai úton) való tervezés Bolomey-Palotás módszerét ismertetjük.Az egyenletekkel egyszerűen és áttekintéssel lehet tervezni, szinte átfogva az előzőekben megismert összefüggéseket a betonalkotók fő hatásait illetően. Kis számú változót vesznek figyelembe, de az lényeges, hogy a tervező ismerje a képletek adta lehetőségek korlátjait.A betonösszetételen az 1 m3 tömörített betonban levő alkotók mennyiségét értjük kg/m3-ben, ill- liter/m3-ben. A keverési arány a betonkeverék alkotóinak tömeg szerinti aránya a cement tömegéhez viszonyítva, azaz:

„c”-vel végigosztva kapjuk a

összefüggést

3.15.3. A betontervezés legfontosabb kerületi feltételei

1. Tervezés során az első feladat a cementfajta kiválasztása: Erről a vonatkozó szabványok intézkednek. Ha más megkötöttség nincs, akkor a cement minőségét a 3.7. táblázat alapján választjuk ki.

134

2. Az adalékanyag finomsági modulusát az MSZ szerinti határgörbék alapján kell meghatározni a dmax

függvényében.3. A szerkezettől és a kívánt betonminőségtől függő minimális cementtartalmat előírás szabályozza, lásd a 3.8. táblázatot.4. A megengedett maximális víz-cementtényező értékeit szintén előírások szabályozzák, lássd a 3.9. táblázatot.5. A bedolgozott friss beton maximális levegőtartalma a 3.10. táblázat szerinti értékű lehet.6. A beton szilárdsági szórása a munkahely függvényében az 3.28. ábrából olvasható le.

3.9. táblázat. A szilárdság eloszlásától függő „k” tényező

Áll. nyomószilárdságN/mm2

5 7 10 14 20 28 40 50 56

k 0,77

0,81

0,87 0,92 1,00 1,08 1,19 1,27 1,31

3.10. táblázat. A próbatestek számától függő „t” tényező

A próbatestek száma (n)

3 10 12 14 16 18 20 25 30 40 >41

t2,28

1,79

1,77

1,75

1,73

1,72

1,71

1,70

1,69

1,68

1,645

3.11. táblázat. A kocka- és a hengerszilárdság közötti átszámítás

Rnom C8 C10 C12 C16 C20 C25 C30 C35

135

Rterv 9,0 12,0 14,0 19,0 24,0 28,0 33,0 38,0

3.42. ábra. A betonszilárdság szórása a munkahely típusának függvényében

136

3.12. táblázat. A cement megválasztása a beton átlagszilárdságától függően

Cementminőség

A beton átlagszilárdsága (N/mm2)

5,0 7,0 10,0 14,0 20,0 28,0 40,0 56,025 esetle

g35 esetle

gesetleg

45 esetleg

esetleg

55 esetleg

3.13. táblázat. A vasbetonszerkezetek megengedett legkisebb cementtartalma az adalékanyag maximális

szemnagysága függvényében

Az adalékanyag maximális szemnagysága

Az előírt legkisebb cementtartalom kg/m3

ha az adalékanyagI. osztályú II. osztályú I. osztályú II. osztályúidőjárásnak kitett szerkezet

időjárástól védett szerkezet

8 290 320 260 29016 260 290 230 26032 240 260 210 23063 210 220 190 200

3.14. táblázat. A megengedett legnagyobb víz-cementtényező

Környezeti hatások ill.rendeltetés és igénybevétel

Víz-cementtényező (v/c)Nagytömegű szerkezet

Karcsú szerkezet

137

Vasbeton korrózióvédelem 0,7 0,70Fagyhatás többnyire száraz, ritkán nedves állapotban 0,70 0,55Fagyhatás többnyire nedves állapotban 0,55 0,50Szélsőséges időjárásnak kitett szerkezet 0,50 0,45Vízzáró tömegbeton 0,70 0,70Fokozott ellenálló képesség gyenge vegyi hatás ellen 0,55 0,55Fokozott ellenálló képesség erős vegyi hatás ellen 0,45 0,45Fokozott kopásállóság 0,50 0,45

3.15. táblázat. A bedolgozott friss beton megengedett legnagyobb levegőtartalma %-ban

A beton átlag szilárdsága N/mm2

A beton konzisztenciájaFN KK K F

5 8 6 4 27 7 5 3 210 6 4 3 214 5 4 3 220 4 3 2 128 3 3 2 140 2 2 1 056 2 1 0 0

3.15.4. A betontervezés lépései

A betontervezés menetét lépésről lépésre ismertetjük.A minősítési értékből meghatározzuk a tervezendő átlagos kockaszilárdságot, 3.29. ábra.

Ahol:

138

Rnom a minősítési érték, azaz a beton jelében szereplő szám – pl. C20 akkor 20 N/mm2

k a szilárdság eloszlásától függő tényező, lásd a 3.4. táblázatbant a minősítéshez használt próbakockák számától függő tényező, lásd a 3.5. táblázatbans a betonozó helyre jellemző szórás, melyet a 3.28. ábra szerint kell felvenni;

3.43. ábra. A tervezendő átlagos kockaszilárdság meghatározása

A Bolomey-Palotás-képletből kiszámítjuk a víz-cementtényezőt az

összefüggésből, ahol

Rterv a tervezési szilárdság;x a víz-cementtényező;A a cementfajtától és a betonkészítés körülményeitől (3.10. táblázat);B a cement minőségétől függő állandó (3.10. táblázat).„A” és „B” értékeit normál kavicsbetonok esetén a következőképpen kell felvenni:

3.16. táblázat. „A” és „B” tényezők értékei

139

Cement nyomószilárdsága

A B

550 27,5

0,3450 22,0350 17,0250 12,5

Fentiek ismeretében a víz-cementtényező (x) meghatározható. A víz-cementtényezőt módosítjuk, ill. redukáljuk a konzisztenciától, az alkalmazott cement minőségétől és az adalékanyag maximális szemnagyságától függően.A tényleges víz-cementtényező redukálása:

ahol

x = víz-cementtényezőx0 = redukált víz-cementtényezőhk = betonkonzisztenciától függő hígítási tényezőhc = cement minőségétől függő vízigény tényezőha = adalékanyag max. szemnagyságától (dmax) függő tényező

3.17. táblázat. hk, hc és ha értékei

hk értékeiFöldnedves konzisztencia esetén 1,00Kissé képlékeny konzisztencia esetén

1,15

Képlékeny konzisztencia esetén 1,25Folyós konzisztencia esetén 1,35hc értékei550 pc használata esetén 1,00450 pc használata esetén 1,0350 pc használata esetén 1,04250 pc használata esetén 1,07

140

ha értékeiHa dmax = 8 mm, akkor 0,95Ha dmax = 16 mm, akkor 0,98Ha dmax = 24 mm, akkor 1,00Ha dmax = 32 mm, akkor 1,02Ha dmax = 63 mm, akkor 1,07

A cementmennyiség és az adalékanyag finomsági mérőszámának meghatározásához a Palotás-féle összefüggést használjuk fel.Ehhez egy egyenlet áll rendelkezésünkre:

Ahol: mc = a cement tömege és m = a felhasznált adalékanyag finomsági modulusa.Ebből a képletből próbálgatással lehet a két ismeretlent kiszámítani. A megoldás akkor helyes, ha „m” az optimális finomsági mérőszám körüli értékű lesz, azaz teljesül a 0,89 m0 ≤ m ≤ 1,07 m0 feltétel, ahol m0 az optimális finomsági modulus, amit közelítőleg azm0 = 2,66 lgdmax + 2,2 + 0,0028c összefüggésekből lehet iterációval kiszámítani.Ellenőrizni kell, hogy a kapott (mc) cementmennyiség kielégíti-e az 5. táblázatban közölt minimális cementigényt.Kiszámítjuk a cementmennyiség (mc) és a víz-

cementtényező ismeretében a szükséges

vízmennyiséget: v = c xKiszámítjuk az adalékanyag mennyiségét, feltételezve, hogy a betonba bevitt anyagok tömör térfogata, valamint a levegőtartalma együtt 1000 l-t tesz ki. A levegő térfogata 0,0-8,0%-ra, tehát 0-80 l-re tehető. Így az alkotóanyagok sűrűségének ismeretében az adalékanyag mennyisége az

141

Összefüggésből számítható, mivel innen már csak az „A” ismeretlen. Az anyagsűrűségek tájékoztatóul a fenti számításhoz a következők, (3.12. táblázat):

3.18. táblázat. Anyagsűrűség értékek a betontervezéshez

a) cementek: S54 350 pc3,20 g/cm3 S100 350 pc

S100 450 pc3,15 g/cm3 S100; 350 kspc 20

350 pc; 450pc; 550 pc3,10 g/cm3 450 kspc 20; 450 ppc 10;

350ppc 103,05 g/cm3 350 kspc 203,00 g/cm3 350 ppc 202,95 g/cm3 250 ppc 202,90 g/cm3 250 ppc 20b) adalékanyagok:Folyami homok és kavics

2,60-2,65 g/cm3

Tömött mészkő 2,60-2,80 g/cm3

Bazalt 2,90 g/cm3

Andezit 2,20-2,80 g/cm3

A következő lépésben kiszámítjuk az m finomsági modulus eléréséhez szükséges adalékanyag frakció részarányait.Feltételezzük, hogy a homok nedvességtartalma kb. 4%, a kavicsé pedig 0,5% és ennek megfelelően korrigáljuk az adalékanyag és a keverővíz mennyiségét.Végül meghatározzuk a friss beton számított készítési testsűrűségét.

142

A kiszámított betonösszetétel alapján elkészítjük a kimérési tervet.

3.15.5. Mintapélda a beton tervezéséhez.

C 25-16/KK jelű kavicsbeton tervezendő, amelyet ipari épület monolit vb. födéméhez fognak felhasználni. A munkahely színvonala „B”. A próbatestek száma > 41db.A minősítési értékből meghatározzuk az átlagos szilárdságot.A szerkezet időjárástól védett, a felhasznált adalékanyag I. osztályú.A tervezési átlagszilárdság:

ahol: Rnom - a beton jelében szereplő minősítési érték, példánkban 25 N/mm2. Az időközben megváltozott szabvány miatt a kocka és a cilinder próbatestek közötti átszámítás miatt az Rknom értékét a 3.6. táblázat szerint növelt értékkel kell felvenni, Rterv=28N/mm2.k - a szilárdság eloszlásától függő állandó, értékét az 3.4. táblázatból választjuk ki.Az előzetes becslés szerint a nyomószilárdság kb. 30 N/mm2 kell legyen, így k = 1,1 (becsléssel választva).t – a próbatestek számától függő tényező. Értékét a 3.5.. táblázatból választjuk ki, és betontervezéskor 1,645-nek vesszük t > 41 db;s – a betonozó helyre jellemző szórás, amelyet a 3.28. ábra szerint lehet felvenni.„B” munkahely esetében, ha az átlagos nyomószilárdság 20 N/mm2-nél nagyobb,

s = 4 N/mm2,

Fentiekből:

Ehhez „k” pontos értéke interpolációval az 3.4. táblázatból → k = 1,14. Ezzel számítva a tervezési átlagszilárdságot:

143

A tervezési átlagszilárdság kerekítve:

Rterv = 36 N/mm2

Tehát 36 N/mm2 átlagszilárdságú betont kell terveznünk ahhoz, hogy a beton szilárdsága (a mai előírásoknak megfelelően) 95%-os valószínűséggel elérje a megkívánt 25N/mm2-es nyomószilárdságot.A Bolomey-Palotás-képletből a víz-cementtényező (x):

összefüggésből számíthatjuk úgy, hogy A és B értékét a 3.11. táblázatból választjuk, de előbb az Rterv értékétől függően kiválasztjuk a cementek közül a 3.7. táblázat szerint a pc45-ös cementet.Ehhez A = 22,0; B = 0,3 érték tartozik.

Tehát az egyenlet : , ahonnan x-et kifejezve

x = 0,52

Kiszámítjuk a redukált víz-cementtényezőt (x0):

összefüggésből úgy, hogy a 3.12. táblázatból kiválasztjuk hk, hc, hd megfelelő értékeit.hk = 1,15 (a KK konzisztenciához)hc = 1,0 (a 450-es cementhez)hd = 0,98 (a dmax = 16 mm-hez)A cementmennyiség meghatározása:A cementmennyiség és az adalékanyag finomsági mérőszámának meghatározására egy egyenlet áll rendelkezésünkre, nevezetesen:

(a)

144

ahol mc a cement mennyisége kg/m3

m az adalékanyag finomsági modulusa.Ebből az egyenletből a két ismeretlent (mc és m) próbálgatással lehet kiszámítani. A próbálgatás akkor helyes, ha teljesül az alábbi feltétel:

(b)

ahol m0 az optimális finomsági mérőszám és

(c)

Amennyiben az optimális finomsági modulusú adalékanyagot akarjuk használni, a két egyenletet (a) és (c) c-re megoldjuk, azaz

c = 335,76 kg/m3 ~ 335,8 kg/m3

m0 = 6,34

Egyszerűbb lehetőség, hogy a dmax = 16mm-es adalékanyag szemszerkezeti határgörbéiből kiválasztjuk a használni kívánt görbe finomsági modulusát. Legyen ez az A görbe szerinti m = 6,6 finomsági modulusú. Ezt az (a) egyenletbe helyettesítve az egy ismeretlenessé válik:

kg

Ellenőrizzük, hogy meglegyen a minimális cementmennyiség:

c = 281,1 kg > cmin = 230 kg

Ellenőrizzük, hogy a kiválasztott finomsági modulus teljesíti-e a (b) egyenlet szerinti feltételt:

0,89×6,34=5,6<6,60<1,07×6,34=6,8

145

Kiszámítjuk a víz mennyiségét:

l

Kiszámítjuk az adalékanyag mennyiségét:feltételezve, hogy a betonba bevitt anyagok tömör térfogata, valamint a levegő együtt 1000 l térfogatot ad, a levegő térfogatát a 3.10.táblázat szerint 2,0 térf.%-ra, azaz 20 l/m3-re kell felvenni. Az alkotó anyagok sűrűségét a 3.13. táblázatból választhatjuk ki:

A = 1932,1 kg

A sűrűségeket a betonkeverékhez a 3.13. táblázatban közöljük.Kiszámítjuk a finomsági modulus eléréséhez szükséges adalékanyag frakciók részarányát.Feltételezzük, hogy az adalékanyagot 0-1, 1-4 és 4-16 mm-es szemnagyságú frakcióból állítják elő. A szemmegoszlási görbéről leolvasva:

kg

kg

kg

kg

Feltételezzük. hogy a homok nedvességtartalma 4%, a kavicsé pedig 0,5%.Ennek megfelelően korrigáljuk az adalékanyag és a keverővíz mennyiségét.

146

0-1 mm-es szemnagyságban levő víz: 415,4 kg . 0,04 = 16,6 l

1-4 mm-es szemnagyságban levő víz: 512,0 kg . 0,04 = 20,5 l

4-16 mm-es szemnagyságban levő víz: 1004,7 kg . 0,005 = 5,0 l

l

Korrigált adalékanyag mennyiségek:

0-1 mm-es szemnagyság 415,4 +16,6 = 432,0 kg

1-4 mm-es szemnagyság 512,0 +20,5 = 532,5 kg

4-16 mm-es szemnagyság 1004,7 +5,0 = 1009,7 kg

kg

A korrigált vízmennyiség:

146,2-42,1 = 104,1 l

Meghatározzuk a friss beton számított készítési testsűrűségét:

kg/m3

(Ha a betont később dolgozzák be, például nyitott járműben szállítják, párolgási veszteséggel is kell számolni, és a keverővizet ennek megfelelően kell korrigálni.)Például a párolgási veszteség Wp = 0,2 tömeg%, akkor az elpárolgott vízmennyiség:

l

la számított betonösszetétel alapján a kimérési terv a következő:

Cement, 45 pc: c = 281,1kgVíz: v = 108,8 lAdalékanyag 0-1 a1 = 432,0 kg

147

1-4 a4 = 532,5 kg 4-16 a 16 = 1009,7 kgΣ adalékanyag: a =1974,2 kg.

148

4. AZ ÉPÍTŐFÉMEK

A fémek kristályos szerkezetű anyagok. A fémek kristályosodása során leggyakrabban kialakuló térrács a köbös térrács, amelynek megjelenési formái: a primitív-, a térközepes- és a lapközepes köbös térrács, (4.1.ai

ábrák), a tetragonális (4.1.b. ábra), valamint a hexagonális (4.1.c. ábra).

4.44. ábra. A fémek kristályrács típusai

4.1. A fémek kristályosodásaA fémek olvadékból kristályosodnak ki, ezért nem fejlődhetnek ki szabályos kristályok, hanem az un. krisztallitok. A fémek olvadt állapotában az atomok szabálytalan elrendezésűek (a hőenergia legyőzte a rácserőt). Az olvadék hűlésével az olvadáspont közelében a krisztallitok képződése kristályosodási középpontok, un. kristálycsírák létrejöttével kezdődik, majd növekedésükkel folytatódik. A kristályosodási képesség külső beavatkozás nélkül, spontán alakul ki. Mérőszáma az olvadék térfogatának egységében az időegység alatt keletkezett csírák száma, tehát

149

csíra/cm3 sec. A kristályosodó képesség az olvadásponton még nulla, további hűlés közben gyorsan nő, majd maximumot ér el és csökken. A kristályosodó képességre a lehűlés sebessége, ahogy azt a 4.2. ábra mutatja, döntő hatású. A kialakult kristálycsírákhoz további atomok kapcsolódnak és megindul a kristályok növekedése. A kristály időegységben bekövetkező lineáris növekedését a kristályosodás sebességének nevezik és egysége a cm/sec. A lehűlés sebességének nincs döntő szerepe a kristályosodás sebességére, (4.3. ábra).

4.45. ábra. Kristályosodó képesség változása a hőmérséklettel

150

4.46. ábra. A kristályosodás sebessége a hőmérséklet függvényében

A gyakorlat szempontjából a két jelenség egybevetése igen fontos és tanulságos. Lassú lehűléskor kevés csíra képződik, ezek egymástól távol, gyorsan és egyenlőtlenül fejlődnek, a fém tehát egyenlőtlen durva szövetűvé kristályosodik, ami nem kívánatos. Gyors lehűlés esetén a növekedőképesség még kicsi, amikor már sok csíra képződött. Finom, apró és egyenletesebb nagyságú krisztallitok fejlődnek ki és a fémszövet finom és egyenletes lesz.A csíraképződés saját fajtájú csírákkal, a fém őrleményével és idegen fajtájú csírákkal (egyes szennyezőkkel) mesterségesen is fokozható.A krisztallitok képződése, elhelyezkedése egymástól független, rendezetlen. A sok, mindenféle irányban elhelyezkedő krisztallit végül is azt eredményezi, hogy az ilyen szerkezetű fémek szilárdsága, hőtágulási együtthatója, villamos ellenállása stb. bármelyik irányban mindig ugyanaz, noha az egyes szabályos kristályoké és a szabálytalanul nőtt egyes krisztallitoké irányok szerint különböző (anizotropok). Az olyan elrendezésű anyagokat, amelyeknél a krisztallitok

151

anizotrópiája nem nyilvánul meg, izotrópszerűnek, vagy kvázi izotrópnak nevezzük.

4.2. Az ötvözetekÖtvözeteken olyan, legalább látszatra egynemű, fém természetű anyagot értünk, amely két vagy több fém összeolvasztása vagy egymásban való oldása útján kapható. A fémötvözetek tehát fémfényűek, jó vezetők és kristályos szerkezetűek. Ötvözetet elsősorban fémek alkothatnak egymással, azonban metalloid elemek (antimon, szilícium, szén), nem fémes elemek (kén, foszfor), gázok (nitrogén, oxigén) is alkothatnak. Két vagy több fémből, metalloid elemből alkotható ötvözetek összességét ötvözetrendszernek nevezik. Ezek száma igen nagy, kereken 90 fémtermészetű és metalloid elemből 4000 kétalkotós, 118000 háromalkotós és több millió négyalkotós ötvözetrendszer származtatható.

4.3. A szín fémek és ötvözetek lehűlési görbéiHa egy anyag szerkezeti változás nélkül hűl le, akkor a hőmérséklet a Newton-féle exponenciális lehűlési törvény szerint változik, (4.4. ábra). Ha egy anyag halmazállapotában hűlés közben változás áll be, akkor a változás hőmérsékletén a lehűlési görbében töréspont jelentkezik, (4.5. ábra). Fémek esetében ilyen töréspont megfigyelhető és ezt a lehűlési görbében egy vízszintes lépcső jelzi, ami addig tart, amíg a kristályosodás be nem fejeződik.

152

4.47. ábra. Amorf anyag lehűlési görbéje

4.48. ábra. Kristályos szerkezetű anyag lehűlési görbéje

Az állandó hőmérsékletet a fématomok rácsszerkezetté való rendeződésével felszabaduló hő, a látens rejtett hő biztosítja. A kristályosodás befejeződése után a fém lehűlése a szabályos, newtoni görbe szerint folytatódik. Egyes anyagoknak többféle kristályos alakja is lehet. Ezt a jelenséget allotrópiának nevezik. Az anyagok különböző kristályos szerkezetű változataira, módosulataira és jelölésükre a görög kezdőbetűket (,,) használják. A vasnak, pl. két allotróp módosulata

153

van. Először 1536 °C-on szabályos térben középpontos rácsszerkezet szerint kristályosodik, (δ-vas) majd 1392 °C hőmérsékleten átalakul lapközepessé (γ-vas) és végül 911 °C-on újból térben középpontos rácsszerkezetűvé válik (α-vas). Így a 4.6. ábra szerinti lehűlési görbét kapjuk meg. Az átalakulási hőmérsékletek a felfűtés és a lehűtés alkalmával kissé eltérnek egymástól.Ötvözetek lehűlési görbéi a 4.7. ábra szerinti lefutásúak.

4.49. ábra. A vas lehűlési és hevítési görbéje

4.50. ábra. Ötvözetek lehűlési görbéje

154

4.3.1. A kétalkotós szilárd oldat állapotábrája

A kristályosodás egy meghatározott, de általában nem a tiszta alapfém olvadáspontjának hőmérsékletén indul meg és a lehűlési görbén nem egy, hanem két vízszintes szakasz keletkezik. Ilyenkor nem egy tiszta fém kristályosodik, hanem az ötvözők alkotta valamilyen, az alkotó fémekétől eltérő rácsméretű vegyes kristályok keletkeznek. Az első lépcső a lehűlési görbén a kristályosodás kezdetét jelenti (likvidus hőmérséklet), a második vízszintes szakasz pedig a kristályosodás befejeződését jelenti, és szolidusz hőmérsékletnek nevezik.Ha valamely meghatározott ötvözetrendszer kristályosodásának jelenségeit kívánjuk megismerni, akkor a szóban forgó, két fém ötvözeteinek olyan sorozatát kell elkészítenünk és vizsgálnunk, amelyben az ötvözetek alkotórészeinek mennyisége 10% vagy 5%, esetleg 0,5%-onként változik. Az így kapott sok lehűlési görbéből, a 4.8. ábrán látható módon szerkesztjük meg az ötvözet állapotábráját, fázisdiagramját.

4.51. ábra. Kétalkotós szilárd oldat állapotábrájának szerkesztése

Az állapotábra szerkesztésénél tehát a meghatározott lehűlési görbe töréspontjait átvetítjük az állapotábrán feltüntetett, megfelelő összetételt jelző függőleges

155

vonalra, majd az így kapott pontokat folyamatos vonallal összekötjük.A felső görbe a kristályosodás kezdetét meghatározó hőmérsékleti pontokat, azaz a folyékony halmazállapot határát jelzi, ezt liquidus görbének, míg a kristályosodás végét, vagyis a szilárd halmazállapot határát jelző vonalat pedig solidus görbének nevezzük. Így az I-es mezőben csak folyékony, a II-es mezőben folyékony és szilárd és a III-as mezőben csak szilárd halmazállapotú ötvözet van jelen.Az állapotábrából ugyanakkor megállapítható, hogy milyen a folyékony és szilárd fázis összetétele és mennyiségi aránya egy bizonyos hőmérsékleten. Ennek szemléltetése céljából, vizsgáljuk meg a 60% A és 40% B komponenst tartalmazó ötvözetet.Az olvadékot hűtve T1 hőmérsékleten kezdődik meg a kristályosodás, mégpedig az ehhez a hőmérséklethez tartozó, solidus görbén levő, B pontnak megfelelő összetételű kristályok képződésével. A hőmérséklet csökkentésével érjük el a T2 hőfokot, amelynél a folyadék fázis és a kristályosan kiváló szilárd fázis összetétele, az előzőkhöz hasonló módon a C, illetve D pontnak megfelelő. T3 hőfokhoz tartozó E pont a liquidus görbén adja az utoljára megszilárduló folyékony részek összetételi arányát.A folyékony és szilárd részek mennyiségi arányát is bármely hőfokon igen könnyen meg lehet állapítani. A hőmérsékletet jelző vonalnak a két görbe közé eső szakaszát a függőleges, ötvözet összetételt jelző vonal két részre osztja. Így pl. T2 hőmérsékleten x és y részre. E két távolság aránya megadja a folyékony és szilárd részek súlyarányát T2 hőmérsékleten.

x : y = folyadékrész : szilárdrész

A fenti állapotábra akkor alakul ki, ha két alkotó olvadt és szilárd állapotban is korlátlan mennyiségben oldja egymást, azaz szilárd oldatot alkot.

156

4.3.2. A kétalkotós eutektikus ötvözet állapotábrája

Abban az esetben, ha a két alkotó olvadt állapotban minden arányban, szilárd állapotban egyáltalán nem oldódik egymásban és vegyületet sem alkot, a 4.9. ábrán látható állapotban alakul ki.

4.52. ábra. Kétalkotós eutektikus ötvözet állapotábrája

A 4.9. ábrán látható, hogy az E pontnak megfelelő összetétel kivételével, bármilyen összetételű olvadékból indulunk ki, a kristályosodás mindig a színfém kiválásával kezdődik (az 1.pontnak megfelelő hőmérséklet vonal a 2.pontban metszi a solidus vonalat). Az olvadék összetétele fokozatosan az E pont felé tolódik el. E pontnak megfelelő hőmérsékleten (eutektikus hőmérséklet) a liquidus görbe eléri a solidus görbét, az olvadék teljes egészében megszilárdul, „befagy”, eutektikum képződik. Látható, hogy lényegében egy heterogén szövetszerkezet keletkezik.

4.4. A vas-szén ötvözetek egyensúlyi állapotaA vas tulajdonságait meghatározó kristályszerkezet kialakulását döntő mértékben vegyi összetétele (ötvözetei) és a készítés technológiája határozza meg. Az 4.6. ábrán bemutattuk a színvas egyensúlyi átalakulását. Ez azonban kevésbé érdekel bennünket,

157

minthogy szerkezeti elemként a színvasat nem használják fel.A vas legfontosabb ötvözője a szén. A kristályszerkezetek kialakulásának jobb megérthetősége érdekében megszerkeszthető a vas-szénötvözetek állapotábrája. A szerkesztésnek kiindulási feltétele, hogy a lehűtést nagyon lassan hajtják végre, másrészt ötvözőként csak a szén szerepel, (4.10. ábra).

4.53. ábra. Vas-szén ötvözetek állapotábrája

Az ABCD vonal fölött a fém olvadt állapotban van. A kikristályosodás során a szén a vasötvözetekben kétféle alakban fordul elő: szabad állapotban elemi szén (grafit vagy temperszén), vagy pedig vas-szén vegyület (vaskarbid, Fe3C) formájában. Ennek megfelelően megkülönböztetnek grafitrendszert (Fe-C), amelyet stabilisrendszernek is neveznek; és karbidrendszert (Fe-Fe3C), amelyet metastabilis állapotban levő ötvözetnek neveznek, mivel az elemi szén bizonyos körülmények között leválasztható. A kis széntartalmú ötvözetek, az acélfajták, a szokványos üzemi körülmények között metastabil (karbid) rendszerben, a nagy széntartalmú

158

ötvözetek lassú lehűlés esetén grafitrendszerben, míg gyors lehűlés esetén karbidrendszerben kristályosodnak.Az atomsúlyokból következik, hogy a vaskarbidba maximálisan 6,67 tömeg% szén épülhet be. Ha a széntartalom ennél kisebb, akkor színvas és vaskarbid, ha a széntartalom ennél nagyobb, akkor vaskarbid és szén keletkezik. A vaskarbid vegyület szövetelemeit cementitnek nevezik. A cementit kemény, nem maratható. A vas-szén ötvözetek egyensúlyi viszonyait olyan ábrán érzékeltethetjük, amelyen mind a két rendszert feltüntetjük. Az ilyen diagramot ikerdiagramnak nevezzük. Az ábrán a metastabil állapotú karbidrendszert jeleztük.Az acél szerkezetének a hőmérséklet hatására bekövetkező átalakulása leolvasható a vas-szén ötvözet állapotábrájáról. Például vizsgáljuk a 4.10. ábrát 0,5% széntartalom esetén. 1535 °C hőmérsékleten δ-vas kristályok kezdenek kiválni. 1490 °C egyensúlyi hőmérsékleten a δ-vas kristályok átalakulnak γ-vas kristályokká, amelyek a folyékony részben levő szénnel ausztenitet képeznek. Kb. 1420 °C hőmérsékleten az egész anyag megszilárdul, a vas 0,5% széntartalma a γ-vasban feloldódott. Kb. 760 °C-ig szerkezeti változás a lehűlés során nem következik be. Ezen az egyensúlyi hőmérsékleten a γ-vas kezd α-vassá átalakulni és ferritkristályok keletkeznek. Ez azt jelenti, hogy az anyag felbomlik szénre és tiszta fémvasra. A kiváló szén a megmaradó γ-vasban oldódik és így az ausztenites rész szénkoncentrációja nő. 723 °C hőmérsékleten a felbomló ausztenit teljesen egészében ferritté (α-vas szövetelemei) és szénné alakul. Az α-vas egy része és a szén cementitet képez. A cementit az egyidejűleg kiváló ferrittel az un. perlites szövetszerkezetet eredményezi. Végső fokon a 0,5% szenet tartalmazó acél a kb. 760 és 723°C között kivált ferrit és a 723°C-on keletkezett perlit keverékéből áll.

159

4,33% széntartalom esetén a C pontban keletkező, ausztenitből és cementitből álló eutektikumot lédeburitnak nevezik.A szövetelemek jellemzői:

ferrit: tiszta α-vas, leglágyabb szövetelem; cementit: vaskarbid (Fe3C), legkeményebb

szövetelem, nehezen munkálható, rideg; perlit: cementitből és ferritből álló egységes szövet,

szívós, lágy, jól megmunkálható; ausztenit: nagy szénoldó képességű (max. 2,1%) γ-

vas krisztallit. α-vasból akkor keletkezik, ha az acélt a GSE vonal fölé melegítik. Más ötvözők (pl. Mn, Ni) jelenlétében szobahőmérsékleten is keletkezhet.

lédeburit: ausztenitből és cementitből álló 4,3% széntartalmú eutektikum. Kemény, rideg szövetelem.

4.5. A vas-szén ötvözetek átalakulása a hűtés sebességének függvényében

Sem a felmelegítés, sem a lehűtés nem végtelen lassú, amint azt feltételeztük a 4.10. ábra megszerkesztésekor, s így a gyakorlatban a kristályszerkezet kialakulása során az időtényezőt is figyelembe kell venni. Emiatt az egyensúlyi állapothoz képest jelentős eltérések mutatkoznak. Ha felmelegítik az anyagot a GSE vonal fölé és hirtelen lehűtik, akkor az un, martensites szövetszerkezet keletkezik.A martensit azaz vaskarbid szilárd oldata α-vasban akkor keletkezik, ha a hűtés sebessége (°C/sec/egy kritikus sebességnél nagyobb. Ilyenkor a szénatomok egy része nem képes diffundálni, amikor a hűléskor a γ-vas átmegy α-vasba és a bennmaradó szénatom a szabályos rácsot tetragonálissá torzítja. Ez a kritikus lehűlési sebesség annál nagyobb, minél kisebb a széntartalom. Egy bizonyos széntartalmon alul már nem lehet ilyen lehűlési sebességet előállítani, tehát a 0,2%-nál kisebb széntartalmú acélokban martensites

160

szövetszerkezetet kialakítani gyakorlatilag nem lehetséges, (4.11. ábra).A martensites szövetszerkezet rideg, kemény, nagyszilárdságú. Az edzés célja a martensites szövetszerkezet kialakítása.A nagyon lassú és a nagyon gyors lehűtés közötti lehűtési sebesség esetén átmeneti szövetelemek (sorbit, troostit, bainit) keletkeznek, amelyeknek a tulajdonságai átmenetet képeznek a lágy perlit és a kemény martensit között.A gyakorlatban az acél összetételétől és a hűtés sebességétől függően sohasem egyfajta szövetelem keletkezik, hanem legalább kettő, ferrit és perlit, ill. legfeljebb négy: pl. ferrit, perlit, bainit és martensit. Az acél szilárdságát, hegeszthetőségét ezeknek a szöveteknek a mennyisége és elhelyezkedése határozza meg. Az elmondottak azt is megvilágítják, hogy az acél tulajdonságait az un. hőkezelési eljárásokkal lényegesen befolyásolni lehet.Az a körülmény, hogy a folyamatok sohasem az állapotábra szerint játszódnak le, nem jelenti azt, hogy nincs értelme azokat meghatározni. Nem egyensúlyban levő ötvözetben ugyanis minden további változás az állapotábrával jellemzett egyensúlyi állapot irányában játszódik le. Az ötvözet állapotábrája ismeretében tehát azt is tudjuk, hogy milyen változások várhatók benne a hőkezelés során.

161

4.54. ábra. Fe-C ötvözet kritikus lehűlési sebessége

4.6. A vas és az acél hőkezeléseA hőkezelés egyike a legelterjedtebb és leglényegesebb technológiai műveleteknek. Alkalmazásának célja az acél és öntöttvas tulajdonságainak megváltoztatása a műszaki követelmények jobb kielégítése céljából, mind a félgyártmányok, mind a készgyártmányok esetén. Alapelve, hogy az olvadáspontnál kisebb hőmérsékletre való felfűtés, bizonyos állandó hőmérsékleten tartás, majd megfelelő lehűtés kombinációival a legkülönbözőbb szövetszerkezet hozható létre, és ennek megfelelően az anyag tulajdonságai is igen különbözők.A hőkezelési eljárások az állapotábra alapján követhetők nyomon. Ebből a szempontból az állapotábrának azok a vonalai fontosak, amelyek az alsó (P-S-K) és a felső (G-S-E) átalakulási hőmérsékletet jelentik. A 4.12. ábrán így tüntettük fel a lágyítás, edzés és normalizálás hőmérsékletét.

162

4.55. ábra. Hőkezelési hőmérsékletek

A továbbiakban az építőipari acélok gyártásakor előforduló hőkezelési eljárások lényegét ismertetjük.

4.6.1. Feszültségcsökkentés.

Meleg- és hideg alakítás, öntés után az anyagban mindig maradnak vissza belső feszültségek, melyek a darab méreteit és alakját megváltoztatni igyekeznek, és az elem vetemedését, néha törését okozhatják. A belső feszültségeket lényegesen csökkenteni lehet hőkezeléssel. A munkadarabot az anyag összetételétől és az uralkodó feszültség nagyságától függően 200-600 °C hőmérsékletűre felmelegítik, 2 órán át ezen a hőmérsékleten tartják, majd onnan kivéve kvarchomokba, meleg hamuba, izzított faszénbe vagy kokszdarába helyezve lassan lehűtik. Ha a hűtés nem elég lassú, akkor újabb feszültségek keletkezhetnek.

4.6.2. A normalizálás vagy lágyításos izzítás.

Az egyik leggyakrabban alkalmazott hőkezelési eljárás. Célja a túlhevítetten öntött, kovácsolt vagy sajtolt acélok egyenletes és finom szövetszerkezetének az elérése. Normalizálással tehát az acél szövetszerkezete egyneműsíthető, finomítható és szilárdsági

163

tulajdonságai javíthatók. Normalizálás során az acélt 30-50 °C-kal az ábra szerinti GSE vonal fölé fölmelegítik, majd az anyag teljes átmelegedése után huzatmentes helyre kitéve, szobalevegőn lehűtik. Az acélt csak annyi ideig szabad a GSE vonal fölötti hőmérsékleten tartani, amíg az α-vas γ-vassá alakul át, ami kb. 5-10 percet tesz ki. Hosszabb hőntartás szövetdurvulást eredményez. Ha olyan nagy a hevítés hőmérséklete, hogy a szemcsék megolvadnak, és ezekből a szén kiég, akkor elégett acélt kapnak, amelynek a tulajdonságait normalizálással megjavítani már nem lehet.

4.6.3. Újrakristályosítás.

A hidegalakítások (húzás, hideghengerlés) során az acél kristályai nagymérvű maradó alakváltozást szenvednek, és oly mértékben megkeményedhetnek, hogy a további hidegalakításuk csak az újrakristályosítás után végezhető. Az újrakristályosítás célja tehát kettős: az alakítás folytán deformálódott, elnyúlt kristályok helyreállítása és az anyagban keletkezett feszültségek kiküszöbölése. Az újrakristályosítási lágyítás hőmérséklete 400-700°C. A hőntartás időtartama 2-5 óra, annál rövidebb, minél nagyobb a hőmérséklet. Ha az átkristályosítás nem elégséges a szövetszerkezet rendbe hozására, akkor normalizálást kell alkalmazni.

4.6.4. Az edzés

Egyike a legfontosabb és leggyakrabban alkalmazott hőkezelési eljárásnak. Célja a nagy keménységű martensites szövetszerkezet előállítása. Az edzést oly módon hajtják végre, hogy az acélt felmelegítik a GSK vonal fölé 30-50°C-kal, majd a kritikus sebességnek megfelelő, vagy annál nagyobb sebességgel, (4.11. ábra) lehűtik. Az edzés eredményessége függ a lehűtés sebességétől, a széntartalomtól, valamint az elem méreteitől. A lehűtést a megfelelő hűtőközeg megválasztásával lehet befolyásolni. Aszerint, hogy az acél milyen közegben való hűtésnél válik martensitessé,

164

megkülönböztetnek víz-, olaj- vagy légedző acélokat. A hideg nyugodt levegőn is martensitessé edződő acélt önedző acélnak nevezik. A széntartalom függvényében azt mondhatjuk, hogy 0,3%-nál nagyobb széntartalmú acélokat szokás csak edzeni, mert rendszerint ezeknél lehet elérni azt a hűtési sebességet, amelyiket a martensites szerkezet kialakítása megkíván. Az erősen edzett acélok üvegszerűen ridegek, használat közben repedeznek, törnek. Szükség esetén az edzés művelete után még más hőkezelési eljárást, pl. megeresztést, kell alkalmazni.

4.6.5. Nemesítés

Nemesítésnek nevezik az acél edzését és az utána következő megeresztését együttesen. Elsősorban szerkezeti acéloknál alkalmazzák. Célja a rendeltetésnek legmegfelelőbb szilárdsági tulajdonságok biztosítása. Nemesíteni általában változó igénybevételnek kitett alkatrészeket és szerszámokat szokás.A megeresztés célja az edzett acélokban a martensites állapottal járó keménység és ridegség csökkentése. Az elérendő tulajdonságok szerint különböző megeresztési hőmérsékleteket alkalmaznak 300-600°C-ig.A megeresztés hatékonysága nagymértékben függ a hőmérsékleten kívül a hőntartás időtartamától is. A hőntartás ideje 2-6 óra, majd ezt a kemencében lassú lehűtés követi. A nemesíthető acélok széntartalma általában nagyobb 0,3%-nál.

4.6.6. Patentozás

A patentozás lényegében a 0,45-0,80% széntartalmú ötvözetlen acélhuzalok (feszítő huzalok) izometrikus edzése, amellyel a hengerhuzalt hideghúzásra alkalmas szövetűvé teszik. A patentozás során a huzalt 900°C-ra felhevítik, majd ólom, só vagy légfürdőben gyorsan 400-500 °C-ra hűtik, és addig tartják ott, amíg az acél szövetszerkezete finom perlitessé nem alakul át.

165

4.6.7. Kérgesítő hőkezelések.

Eme eljárások lényege az acél felületén 0,4-4 mm vastag kopásálló kemény kéreg létrehozása. Ezek az eljárások a munkadarab belsejének a tulajdonságait nem változtatják meg. A kérgesítés módszerei két csoportba sorolhatók. Az egyik csoport esetében (termokémiai eljárások) az acél felületének vegyi összetételét változtatják meg (kéregötvözés) és közben az alapanyagnak nem kell edzhetőnek lennie. A másik csoportba sorolható módszerekkel a felületi réteg vegyi összetétele változatlan marad (felületi edzés). Ez esetben az alapanyagnak edzhetőnek kell lennie. A kérgesítés módszerei: cementálás, cianidálás, nitridálás, lángedzés, nagyfrekvenciás edzés és a fémekkel való kérgesítés.

4.7. Az acél alakítása

4.7.1. Az alakításról általában

Az acél végleges alakját alakítással érik el. Az acél szövetszerkezetére gyakorolt hatás szerint forgácsolásos és forgácsolás nélküli, másnéven képlékeny alakítást különböztetünk meg. Forgácsolásos alakítással nem változik meg az acél szövetszerkezete, de a kiindulási anyag térfogata csökken a forgácsolás mértékével. Képlékeny alakítás során az acél térfogata az alakítás előtt és az alakítás után azonos marad. E művelet során azonban a fémben változások következnek be, ami által az acél tulajdonságai is megváltozhatnak. Képlékenyen csak az a fém alakítható, amelynek az alakítás hőmérsékletén jelentős nyúlása van. Ezért alakítható képlékeny alakítással az acél, de nem alakítható az öntöttvas.

4.7.2. Fontosabb képlékenyalakítási technológiák:

90. kovácsolás, sajtolás, hengerlés és húzás (rúd-, cső- és dróthúzás)

166

Kovácsolás során egy a0 vastagságú fémdarabot kalapáccsal (kézi v. gépi) addig ütögetnek, amíg az a1

vastagságú lesz. A kovácsolás célja lehet nyújtás, duzzasztás, lyukasztás, hasítás. Míg melegen legtöbb fém kovácsolható, addig a hidegen kovácsolás lehetősége függ a fém vegyi összetételétől.A sajtolás során az ütéseket egyenletesen ható nyomóserő helyettesíti.Hengerlés során a fémet két, ellentétes irányban forgó henger között vezetik át. A hengeren levő idom alakja szerint lemezt vagy idomacélt kapnak. A végleges alakot rendszerint többszöri hengerléssel érik el. A hegesztés nélküli acélcsöveket speciális csőhengerlő gépeken állítják elő, pl. a Mannesmann eljárással, ill. annak a továbbfejlesztett változatával.A húzás művelete során az előhengerelt acélt hideg állapotban kemény fémből, illetve kis keresztmetszet esetén gyémántból készített negatívon, másnéven kaliberen húzzák át. A kaliberek lehetnek kör vagy idom keresztmetszetűek. A kaliberen bekövetkezik a keresztmetszetnek bizonyos mértékű csökkenése, illetve un. fogyása. A végleges keresztmetszet így nem egyszeri, hanem többszöri húzással érhető el. Hideg húzással állítják elő a nagyszilárdságú feszítő huzalokat, a drótkötelek, tartókábelek elemi szálait és a hegesztő huzalokat.

4.7.3. A képlékeny alakítás módszerei

Hidegalakítás során az acélt 0-500°C hőmérsékleten alakítják. A hőmérsékletet úgy kell megválasztani, hogy újrakristályosodás ne következzék be. Az alakítás közben az acélban bekövetkező változások az alakítás után is megmaradnak. Az alakítás után a krisztallitok síkjai az alakító erő irányába dőlnek és ezt a rendezettségüket meg is tartják. Emiatt az acél tulajdonságai mások lesznek az alakítás irányában, mint arra merőlegesen. Ez a jelenség a hidegen alakított anyagok anizotrópiája.

167

A hidegalakításnak az acél mechanikai tulajdonságaira kifejtett hatását keményedésnek nevezik. A keményedés az alakváltozással szemben kifejtett ellenállás növekedését és az alakváltozó képesség csökkenését jelenti. Az ötvözetlen acélok szilárdsági tulajdonságai a hideg alakítás után időben még tovább változnak. Ezt a jelenséget alakítási öregedésnek nevezik. Szobahőmérsékleten ez a változás néhány hónapig tart, de 200-300°C hőmérsékleten 1 óra alatt lejátszódik (mesterséges öregedés). Az alakítási öregedés következtében elsősorban az acél szívóssága és hajlító ütőmunkabírása csökken. Az alakítási öregedés jelenségét - közte a mechanikai tulajdonságoknak a hideg alakítást követő, utólagos változását - elsősorban a nitrogén okozza. Az acél N-tartalma viszont az acél gyártásának, kikészítésének és dezoxidációjának a függvénye.

4.7.4. Hidegalakítási

Az acél hidegalakítási módszerei:

húzás, hengerlés, élhajlítás, csavarás, rovátkolás, hullámosítás.

Húzás és hengerlés esetén a hideg alakítás várható hatását

a húzás (hengerlés) szöge (hengerátmérője) a húzás (hengerlés) sebessége és az egy munkamenetben alkalmazott fogyás %

határozza meg.

A fogyáson hengerlés esetén a vastagság csökkenését értik, húzás esetén pedig az egy menetben bekövetkező keresztmetszeti terület csökkenését. A hideg alakítás

168

következében az anyagban un. alakítási feszültségek állnak elő, méghozzá a kéregben nyomó-, a magban pedig húzófeszültségek keletkeznek. A belső mag alakítási feszültségei szempontjából a nagy húzószöggel és közepes (20-30%) fogyással végzett húzás a legkedvezőtlenebb. A huzalban a tűs kristályok a húzás irányába előre és befelé rendeződnek és ez nem is káros abban az esetben, ha a huzalt csak tengely irányban veszik igénybe, ahogy azt a feszítőhuzalok esetében általában teszik. Ezek a huzalok azonban a hajtogatást már nehezen viselik el. Ha a fentiekhez a hullámosításból, a rovátkolásból, a kiskarikába csévélésből, a lamellák közé szorításból származó egyéb feszültségek is hozzáadódnak, akkor a különböző hideg alakításból származó feszültségállapotot igen zavaros lehet, és töréshez vezethet.A hidegen húzott vagy hidegen hengerelt acélgyártmányok felülete fémesen tiszta (un. fényes áru), méretei pontosabbak, mint a melegen alakítottaké. Keményebbek, nagyobb a szilárdságuk, tehát acél megtakarítást eredményeznek.A hideg alakítás energiaszükséglete azonban legalább háromszor annyi, mint a meleg alakításé. A hidegen hengerelt és húzott acélok szövetszerkezetének durvulását alakítás közben, vagy azt követő hőkezeléssel finomítják.A hideghengerlés további előnye, hogy vele igen vékony, (0,01 mm) nagy méretpontosságú lemezek szabályozott mechanikai tulajdonságokkal készíthetők.Élhajlítás során a vékony acéllemez csak egy él mentén kap hideg alakítást. A hideg hajlításra azért van szükség, mert a vékony lemezek gyors kihűlése miatt meleg hengerléssel 2-3 mm-nél vékonyabb lemez, valamint 3-6 mm-nél vékonyabb idomacél nem hengerelhető. A vékonyfalú idomacélokat a melegen hengerelt lemezekből hideghajlítással állítják elő.Az élhajlítás elvégezhető élhajlító sajtókon, szakaszos vagy görgős hajlító gépsoron (fokozatos hajlítással).

169

Utóbbival teljesen zárt szelvény is készíthető úgy, hogy az illeszkedő éleket végül összehegesztik.A csavarás a betonacélok esetében alkalmazott olyan hidegalakítási eljárás, amelynek során az acél folyási határon túli megnyújtása és egyidejű csavarása idézi elő a hidegalakítást. Hatására a folyási határ 30-40%-kal, a szakítószilárdság mintegy 5-10%-kal megnő, míg a szakadó nyúlás csökken.A rovátkolás csak a feszítőhuzalok készítéséhez alkalmazott eljárás abból a célból, hogy a nagyon sima felületű huzalok felületi kötését (tapadását) a betonhoz megnöveljék. Az eljárás során a feszítőhuzalokat fogaskerekek között bocsátják át, és a fogak benyomódásokat hagynak a feszítőhuzalon.Ugyancsak feszítőhuzalok esetében alkalmazott eljárás a hullámosítás, hasonló célból, vékony huzalok esetén.

4.7.5. Melegalakítás, félmeleg alakítás

A melegalakítást 900°C-nál nagyobb, az újrakristályosodás feletti hőmérsékleten végzik. A folyamat újrakristályosodással fejeződik be. Az alakítás során az acél tulajdonságai nem változnak. Ezen a hőmérsékleten ugyanis a keményedés is, és a keményedéssel járó változások is megszűnnek. A folyamat szakaszai: a lágyulás, az újrakristályosodás és a szemcsenövekedés. A lágyulás szakaszában az acél tulajdonságai a kristályszerkezet átalakulása nélkül változnak meg. Az újrakristályosodás során a képződő szemcsék nem állandóak, hanem a hőmérséklet növelése és a hőntartás időtartamának a növelése hatására tovább nőhetnek. E folyamat során a krisztallitiok a szomszédos krisztallitokat magukba olvasztják. Ezt nevezik szövetdurvulásnak.A melegalakítás leggyakoribb módjai:

kovácsolás, sajtolás, hengerlés.

170

Az acéltuskó első alakítása mindig melegalakítás. A jól végrehajtott kovácsolás hatására a tuskóban levő gázhólyagok összehegednek, a zárványok összetöredeznek, a durva, nagy krisztallitok finom szemcséssé alakulnak. Gyakori első alakítás a meleg sajtolás. A sajtolást két irányban felváltva célszerű végrehajtani, mivel az első lépésben csak a vonalkázatlan részben következik be átalakulás és szemcsefinomodás.Meleg hengerléssel állítják elő az építőiparban nagy mennyiségben felhasznált rúdacélokat, idomacélokat, durva-, közép- és finomlemezeket, betonacélokat, vasúti síneket.Az acél melegalakíthatósága alakítási szilárdságától, képlékenységétől, valamint az acél és az alakító szerszám közötti súrlódástól függ. Az alakítási szilárdság a folyási (v. névleges folyási) határral vehető azonosnak. A képlékenység mértéke a törésig végrehajtható alakváltozás nagysága.A melegalakítás szempontjából legveszélyesebb ötvöző a kén, ez törékennyé teszi az acélt. A kénnel egyidejű mangán (Mn)-tartalom csökkenti a kén káros hatását. A fémes ötvözők általában rontják az acél melegalakítását akkor is, ha karbidot nem képeznek. Az ötvözők hatása kedvezőbb, ha ferrites és kedvezőtlenebb, ha az ausztenites szövetszerkezetet növelik.A fél meleg alakítást 500-900°C hőmérsékleten hajtják végre, amikor is az az újrakristályosodás csak részben következik be.

4.7.6. Az öntés

Az öntés művelete során a folyékony fémet egyszerűbb, vagy bonyolultabb öntőformába öntik. A megdermedés után felvett alakja más alakítási műveletekkel rendszerint nem alakítható át.Az öntvény negatívjának kialakításakor figyelembe kell venni, hogy az öntvény dermedés közben zsugorodik, és ráhagyást kell biztosítani a megmunkálandó felületek

171

miatt is. Az öntöttvas dermedési zsugorodása kisebb, mint az öntött acélé. Az öntés műveletéhez legelőször a zsugorodási és megmunkálási ráhagyással megnövelt, rendszerint fa öntőmintát készítik el. Ennek formázó homokban való lenyomata az öntési negatív. Az öntvényekben levő belső üregeket külön magokkal formázzák ki. A nagyméretű negatívokat öntőgödörben, a kisebbeket formaszekrényben készítik. Egy formát két, vagy több formaszekrény egymásra helyezésével állítanak elő. Ennek megfelelően a minta is több rétegből áll. A formákat beöntő és légtelenítő nyílásokkal látják el. A formázóhomok speciális szemmegoszlású kvarchomok (öntőhomok) és kötőanyag keveréke. A kötőanyag általában agyag, a maghomoknál szerves anyag (pl. melasz).Az öntésnek két módja szokásos: a feslő öntés, amikor minden formába a saját felöntő helyén keresztül öntik be az olvadt fémet; és az alsó öntés, vagy emelkedő öntés, amikor a beöntő tölcséren és az alsó elosztó csatornákon keresztül egyszerre több formát öntenek ki. Az alsó öntés tömörebb szövetet biztosít, mert a fém emelkedése a légzárványokat a negatívból kiszorítja. Az öntvénylehűlése után a formázószekrényt kiürítik, és a magot eltávolítják. Az elkészített öntvény felületéről a homokot, revét eltávolítják, az illesztési varratokat, a felöntések helyeit leköszörülik, a felületet elegyengetik és így az öntvény kész.Minden fajta acélból készíthető acélöntvény, (pl. hídsaru) Az acélöntés a vasöntésnél kényesebb művelet, mert az acélnak nagyobb az olvadáspontja és a zsugorodása, a repedésre is hajlamosabb. Lehűlés közben, primér kristályosodás közben jönnek létre a legfontosabb öntvényhibák. A fogyás (térfogat csökkenés, nem tévesztendő össze a húzási fogyással) következménye a fogyási üreg, a szivacsosság és a pórusosság. A fogyási üreg és a szivacsosság az öntvény lassabban hűlő, később szilárduló részében keletkezik, ahonnan a korábban hűlő, vékonyabb falú részek

172

fogyása elszívja az olvadékot. Ha az elszívás akkor következik be, amikor a vastag részben még meg sem kezdődött a kristályosodás, akkor ott fogyási üreg, un. lunker keletkezik, amit az öntvény felületén létrejövő horpadás jelez. Ha az elszívás akkor következik be, amikor már megkezdődött a vastagabb rész kristályosodása, akkor a fogyási üreg csak 30-90%-ban van fémmel tele, akkor szivacsos lesz. Pórus akkor keletkezik, ha a kristályosodás vége felé a fogyás kiegyenlítésére olvadék utánszívása már nem lehetséges. Ez a jelenség 20-25 mm-nél vastagabb falú öntvények közepe táján fordul elő.A primér kristályosodást követően jelentkezhet az öntvény meleg törékenysége, s ez repedésre vezet, már 0,02% S-tartalom esetén is. Az S káros hatását Mn ellensúlyozza.Öntési hiba a gázhólyagosodás és a tűlyukacsosság. Ezek oka a CO. Ha az acélöntvény anyaga 0,4-0,6% Si-mal csillapított, akkor CO elvileg nem keletkezhet. Gázhólyagosság lép fel, ha az acél a kristályosodása előtt vízgőzzel érintkezik, amikor is H-gáz szabadul fel. Erősen ötvözött (pl. nagy króm (Cr)-tartalmú) acélöntvényekben a gázhólyagokat a H2 okozza.

4.8. Az acél technológiai próbáiA technológiai próbák elsősorban a szívósság kimutatására használhatók, azaz hogy az üzemszerű megmunkálást a próbadarabok milyen mértékben viselik el káros elváltozás (repedés, törés) nélkül.A technológiai próbák közül az építőiparban elsősorban a hajlító és a hajtogató próbát alkalmazzák. Ezek a vizsgálatok rendszerint jól jelzik a hideg alakítás mértékét, az edzési, a megmunkálási ridegségét, az anyag hibáit.A hajlító próba során a mintadarabot egy megadott átmérőjű tüske körül, adott szögben meghajlítják. A vizsgált acél nem megfelelő, ha húzott oldalán

173

felrepedezések, vagy bárminemű káros elváltozás következik be, (4.13.a. ábra).

4.56. ábra. Technológiai próbák: a) hajlító-; b) hajtogató vizsgálat

A hajtogató vizsgálat vékony lemezek és elsősorban vékony huzalok (feszítető huzal, drótkötél elemi szála) szabványos vizsgálati módja. A vizsgálat során a mintát (4.13.b. ábra) egyik végén befogják, majd a kiálló véget ±90°-kal jobbra, majd balra hajtogatják. A vizsgálat eredménye nagymértékben függ annak a hengernek az átmérőjétől, amelyik körül a hajtogatást végzik. Ezért ezt a vizsgált próbatest átmérőjének függvényében szabvány írja elő. A hajtogatási számot az a hajtogatás jelenti, amelyiknél a próbatest még nem tört el.

174

5. AZ ÉPÍTŐFA

5.1. A fa fizikai tulajdonságai

5.1.1. Hidrotechnikai tulajdonságok

A nedvességtartalom: a sejtfalakban levő kötött víz és a sejtüregekben levő szabad víz együttes mennyisége egy vizsgálat időpontban. A szokásos módon %-ban adják meg a kiszárított fa, vagy a vízzel telített fa tömegére vonatkoztatva. Eszerint nettó, vagy bruttó nedvességtartalomról beszélünk. A kiszárítás során az illóanyag-tartalom is eltávozik. Erre való tekintettel a fa nedvességtartamának meghatározására a desztillációs módszert, illetve az elektromos vezetőképesség mérésén alapuló módszert használják 5-25%, míg a kapacitásváltozáson alapulót 40-100% nedvességtartalomig. Műszerekkel mérhető a felületi, a belső, vagy az átlagos nedvesség. A műszeres mérés gyorsabb, de kevésbé pontos.A fa vízfelvevő képessége: a nedvességtartalom felső határát jelenti, és meghatározását oly módon végezzük, hogy a fát kiszárítjuk, és utána vízben tároljuk mindaddig, míg vizet vesz fel. A vízfelvétel mértékét a kiszárított fa tömegére vonatkoztatjuk.A fa nedvességi egyensúlya: a száraz levegőn a nedves fa is vizet ad le, a száraz fa a nedves levegőből vizet vesz fel. Akkor van nedvességi egyensúlyi állapot, ha sem vízfelvétel, sem vízleadás nincs. Ezt a jelenséget hidroszkóposságnak nevezzük. Az adott hőmérsékleten minden relatív légnedvesség-tartalomhoz tartozik egy egyensúlyi nedvességtartalom (pl. lucfenyő esetén 10, 20, 50, ill. 100% rel, nedvességtartalomhoz 3,5; 6,0; 11, ill. 29% egyensúlyi nedvességtartalom tartozik). 100% rel. légnedvességnek megfelelő egyensúlyi nedvességtartalom a rosttelítettségi határnak felel meg.

175

5.1.2. A fa zsugorodása és duzzadása

A fa vizet veszít, akkor méretei csökkennek, zsugorodik. Ha vizet vesz fel méretei nőnek, dagad. A zsugorodás és a dagadás azonos jelenségre, a hidroszkóposságra vezethető vissza. A szíjács több nedvességet vesz fel, mint a geszt, ezért térfogatváltozása is nagyobb. Általában a dagadás döntő többsége a rosttelítettségi határig lejátszódik, de mintegy 40-60% nedvességtartalomig a fa még dagad. A fa zsugorodása és dagadása átlagban rostirányban 0-1%, sugárirányban 3-6% és húrirányban 6-12%, (5.1. ábra).

5.57. ábra. A fa duzzadása és zsugorodása

Az érintő- és a sugárirányú alakváltozások különböző nagysága eredményezi a fa feldolgozása során a fa deformációját, így pl. a deszkák görbülését, a gerendák vetemedését. Ezt csökkenteni lehet azáltal, ha a fát nem nedves állapotban, hanem légszáraz állapotban dolgozzák fel. Továbbá csökkenteni lehet a helyesen megválasztott összekapcsolások révén is.

176

5.1.3. A fa testsűrűsége és sűrűsége

A fa egyik legfontosabb tulajdonsága a testsűrűsége. Ezt elsősorban a fa fajtája határozza meg, egy fajtán belül pedig befolyásolja a nedvességtartalom, a termelőhely, egy fadarabon belül a magassági viszonyok, a mintavétel helye, az évgyűrű szélesség, a szövetszerkezetek alakulása. A fákat a testsűrűség szerint nevezhetjük:

nagyon nehéz fának (som, cser, gyertyán, eper, melyeknek testsűrűsége 880-760 kg/m3),

nehéz fának (akác, vadkörte, bükk, kőris, tölgy, szil, dió, vörösfenyő, melyeknek testsűrűsége 680-580 kg/m3),

könnyű fának (fűz, hárs, vadgesztenye, éger, fehér- és rezgőnyár, egyéb fenyők, melyeknek testsűrűsége 560-450 kg/m3),

nagyon könnyű fának (kanadai és feketenyár, cédrus, melyeknek testsűrűsége 450-380 kg/m3).

A testsűrűségen itt minden esetben a 15%-os légszáraz fa nedvességtartalmára vonatkoztatott értékét értjük.

5.1.4. A fa hőtechnikai tulajdonságai

A fenyőfa hőtágulási együtthatója rostokkal párhuzamosan 3-4 . 10-6/°C, rostokra merőlegesen 22-35 . 10-6/°C. A lombos fák hasonló sorrendben 0,5-7 .

10-6/°C, ill. 16-50 . 10-6/°C. A hővezetési tényező a fafajtól, a testsűrűségtől és a nedvességtartalomtól függ. A kiszárított fenyőfáké rostokra merőlegesen 0,08-0,010, rostokkal párhuzamosan 0,2 Joule/mó/°C, lombos fáké 0,04-0,15, ill. 0,22-0,37 Joule/mó/°C. A fa tehát rostokra merőlegesen kiváló hőszigetelő anyag. 25% nedvességtartalmú fa hővezetési tényezője kb. 40%-kal nő meg. Amíg a testsűrűség 400-ról 800 kg/m3-re nő, addig a hővezetési tényező megkétszereződik. A fajhő a hőmérséklet és a nedvességtartalom függvénye. A kiszárított fa esetén a hőmérséklet (t) függését

c = a + b . t

177

egyenlet fejezi ki, ahol a = 0,266 és b = 0,00116. A fajhő 20, 50, ill. 100 % nedvességtartalom esetén 1,3; 1,57 és 2 szeresére nő. A fafélék lobbanáspontja 200-275 °C, égéspontja 260-290 °C. Az égést a hőmérsékleten és a fafajon kívül a testsűrűség, a nedvességtartalom, a gyantatartalom, a méretek és a légmozgás sebessége befolyásolják.

5.1.5. Hangtechnikai tulajdonságok

Hangszabályozás szempontjából a kísérletek azt mutatták, hogy a faanyag rostokkal párhuzamos irányban jó hangvezető, míg rostokra merőleges irányban jó hangszigetelő.

5.1.6. Elektromos tulajdonságok

A faanyag kiszárított állapotban elektromos szigetelő. Elektromos vezetőképessége a rosttelítettségi határig közel lineárisan változik. Ezen alapszik az elektromos fanedvesség mérés elve. A rosttelítettségi határon túl az elektromos ellenállás változása igen kicsi.

5.2. A fa mechanikai tulajdonságaia) A fa mechanikai, más néven szilárdsági és

alakváltozási tulajdonságait a fa alkata, fajtája, hibái, betegségei, a faméretek, fakeresztmetszetben értelmezett szelvény helye, a terhelés és igénybevétel fajtája, a fa nedvességtartalma, testsűrűsége, a környező levegő nedvességtartalma és hőmérséklete, a terhelőerők és a rostok iránya által bezárt szög, a terhelés időtartama, a terhelés módja és nyomott elemek esetén a karcsúság határozzák meg.A szilárdsági vizsgálatokat két alapvető módszer szerint végzik. Az egyik módszer szerint, és ezt követi a szabvány is, a fa szilárdsági vizsgálatához és minősítéséhez kisméretű, teljesen hibátlan, egészséges, korhadás, göcs, repedés, gyűrűs elválás és ferdeszálúság mentes mintát kell venni. A másik módszer szerint az anyagot természetes méreteiben, előforduló hibáival együtt kell vizsgálni. Az első

178

módszer anyagtakarékos, gyors, de nem tükrözi a fa valódi szilárdságát. Egyébként a mintát úgy kell kivenni, hogy a faanyag, anizotrop és inhomogén szerkezetéből adódó eltérő mérési eredményekből jó átlagértékeket lehessen kapni. Próbadarabként erdei választékok esetén min. öt mintát kell venni.A fa mechanikai tulajdonságai döntően függnek a fa nedvességtartamától. Éppen ezért a fa szilárdsági tulajdonságainak jellemzésére a légszáraz, 15% nedvességtartalmú fára vonatkoztatott szilárdsági értékeket veszik. A szabványok előírják, hogy a vizsgálat előtt addig kell a mintát 20°C hőmérsékletű, 65% relatív nedvességtartamú térben tárolni, amíg az egyensúlyi nedvességtartalom beáll. 8-25% nedvességtartamú faanyagot kell vizsgálni és az n% nedvességtartalom esetére kapott szilárdsági értéket a 15% nedvességtartalomra számítják át az alábbi képlettel:

σ15 = σn[1+α(n-15)]

A képletben α értékét 0,015-0,06-ra választják meg a fafajtól és az igénybevétel módjától függően.

b) A farostokkal párhuzamos statikus nyomószilárdságát 2 cm élhosszúságú hasábokon állapítják meg. Az így megállapított szilárdsági érték függ a nedvességtartalomtól. Jó közelítéssel 1% nedvességtartalom-növekedésnek 4-6% szilárdságcsökkenés felel meg. Ez a szilárdságcsökkenés mintegy 30% nedvességtartalomig tart (rosttelítettségi határ), onnantól a szilárdság a nedvességtartalom növekedésével már nem csökken, (5.2. ábra).

179

5.58. ábra. A fa nyomószilárdsága a nedvességtartalom függvényében

A fa nyomószilárdsága a hőmérséklet növekedésével, vele közel egyenes arányban, kis mértékben csökken. A testsűrűséggel lineárisan változik. A gyantatartalom nagyon csökkenti. A faanyagban található ággöcsök és növekedési szabálytalanságok a fa nyomószilárdságát befolyásolják, de lényegesen kisebb mértékben, mint a húzószilárdságát.A rostokra merőleges nyomás 3 esetét különböztetik meg:

a próbatest teljes keresztmetszete terhelt, a felület teljes szélessége, de nem teljes hossza

terhelt, ez esetben talpnyomásnak vagy talpfa szilárdságnak nevezzük a kapott szilárdságot,

a felület szélességének és hosszúságának csak egy része terhelt, ebben az esetben dúcnyomásról vagy pecsétnyomásról beszélünk.

A fa anizotrop szöveti felépítéséből következik, hogy a rostokra merőlegesen terhelt fa nyomószilárdsága lényegesen kisebb, mint a rostokkal párhuzamosan terheltté. A rostokkal párhuzamostól eltérő nyomás

180

azonban gyakori eset. Szigorúan véve ez esetben a szokásos tönkremenetelről és törőerőről nem beszélhetünk, mert a minta nagy alakváltozások kíséretében összepréselődik. Ezért rostokkal párhuzamos nyomás esetén nyomószilárdságon a törőerőnek és a felületnek a viszonyát értjük; rostokra merőleges nyomás esetén ahhoz az alakváltozáshoz tartozó feszültségértéket, amely terhelés még megengedhető. Ezt a görbéből úgy olvashatjuk ki, hogy a töréspontnál fellépő erőértéket vesszük számításba.Ha az erőirány és a rostirány által bezárt szög 0-90° között változik, akkor a szilárdság a kétfajta szilárdsági érték közötti értéket veszi fel a bezárt szög nagyságától függően, (5.3. ábra).

5.59. ábra. A fa szilárdsága a rostirány függvényében

Ugyanúgy, mint más építőanyagnál, a fánál is igaz az, hogy minél kisebb a terhelt felület a teljes felülethez képest, annál inkább megváltozik a σ-ε diagramm és a törőerő. Ugyanis kisebb terhelt felület esetén a rostoknak is el kell nyíródniuk a terhelés során.

c) A szakító- vagy húzószilárdság vizsgálatát az érvényes szabvány nem írja elő. A rostokkal

181

párhuzamos húzószilárdság lényegesen nagyobb, mint a rostokkal párhuzamos nyomószilárdság, és nagyobb a szórása is. Ennek oka, hogy míg nyomás esetén az egyes rostok kigörbülhetnek, egymásba tolódhatnak, az erőirányra ferde csúszófelületek alakulhatnak ki, addig húzás esetén a próbatest a rostok elszakadása miatt megy tönkre. Pl tűlevelű fáké 35-150 N/mm2, lágy lombos fáké 20-35 N/mm2, kemény lombos fáké 90-160 N/mm2.A fa nedvességtartamától a szakítószilárdság hasonlóképpen függ, mint a nyomószilárdság. A rosttelítettségi határig 1% nedvességtartalom változásnak rostokkal párhuzamosan kb. 3% szilárdságváltozás felel meg, a rostokra merőlegesen kb. 2%. A hőmérséklet növekedésével a szakítószilárdság csökken, éspedig 1°C-onként a csökkenés 0,1%-ra tehető. A fa szöveti felépítése döntően befolyásolja a fa húzószilárdságát. Az ággöcsök mértékétől függően a húzószilárdság a teljesen ép, ággöcs mentes fa húzószilárdságának a 20-30%-ára is lecsökkenhet. A rostokra merőleges húzószilárdság megbízhatatlanabb, mint a rostokkal párhuzamos, és a rostokkal párhuzamosan a szakítószilárdság 1/20-1/30-ad része.

d) Hajlító vizsgálat során az egyik oldalon húzás, a másik oldalon nyomás alakul ki. Mivel a faanyag nyomó és húzószilárdsága, nyomási és húzási diagrammja nem azonos, ezért a feszültségi ábra nem lesz szimmetrikus, a semleges tengely nem esik egybe a tartó keresztmetszetének súlyvonalával, hanem a húzott oldal felé tolódik el. A hajlító szilárdság számítása során nem a tényleges feszültségi állapotot veszik alapul, hanem az elemi szilárdságtan feltevéseiből indulnak ki, azaz

(N/mm2)

182

ahol Mmax a törőnyomaték, K pedig a mintadarab keresztmetszeti tényezője (a3/6).A hajlító szilárdság függ a nedvességtartalomtól. 1% nedvességtartalom változásra 4-5% szilárdságváltozás jut. A testsűrűséggel lineárisan változik. L/h < 20 esetén az alak is befolyásolja. A rostirány hatását kb. hasonlóan lehet figyelembe venni, mint nyomószilárdság esetén. A hőmérséklet, biológiai kártevők, fahibák hatását még nem eléggé tisztázták.

e) A nyírószilárdságot ugyanazok a tényezők befolyásolják, mint a húzó és a nyomószilárdságot.

f) A szeg és csavarállóság (famenetű csavar) a kapcsolóeszközként használt szegek és csavarok kihúzásával szembeni ellenállását fejezi ki, és a szegezett, ill. csavarkötések biztonságára jellemző szám, ha két azonos minőségű fát kapcsolnak össze. Nemcsak a fafajtól és a fa szilárdsági tulajdonságaitól függő érték, hanem lényegesen függ a használt szegek, ill. csavarok méretétől, alakjától, anyagától és a fakötés módjától.

g) A rugalmassági modulus meghatározható nyomó-, húzó- és hajlító vizsgálattal. Nyomóvizsgálat során a 20×20×60 mm-es hasáb középső harmadán végeznek alakváltozás mérést. A rugalmassági modulust, a 0,02% maradó összenyomódáshoz (εm) tartozó feszültségértékből (σr) és rugalmas alakváltozásból számítják:

(N/mm2)

Ennek megállapításához P0 kezdeti terhelésből kiindulva a mintadarabot P1…Pn növekvő erővel terhelik, majd tehermentesítik és így felveszik a teljes, a maradó és a rugalmas alakváltozáshoz tartozó σ-ε görbét. Ebből σr és εr meghatározható.Hajlító kísérlet során hasonlóan járnak el, csak a terhelő-lehajlás diagrammot veszik fel. A

183

rugalmassági modulust a lehajlás képletéből számítják:

(N/mm2)

h) A fa dinamikus terhekre való viselkedését Charpy kalapáccsal vizsgálják. Legnagyobb 5-6% nedvességtartalom esetén. A rosttelítettségi határig csökken, annál nagyobb nedvességtartalom esetén állandó. Sugárirányban 1,1-1,5-ször akkora, mint húrirányban. A statikus hajlító szilárdsággal közel lineárisan függ össze.

i) A kifáradási (lüktető) szilárdság a terhelés módjától, a terhelésismétlések számától és a terhelés mértékétől függ. Pl. a statikus hajlító szilárdság 40%-ámak megfelelő lüktető terhelés csak 20 milliószoros ismétlés után okoz törést, a 60%-os lüktető terhelés pedig már 500 ezer ismétlésre.

j) A tartós nyomószilárdság a statikus nyomószilárdságnak 60-70%-a és kedvezőtlenebb, mint egyéb anyagoknál. Erdei fenyő tartós nyomószilárdsága 1,5, ill. 50 napos terhelés után 93, 91, ill. 70%-a a statikus szilárdságnak. Míg a fa testsűrűségétől alig függ, a nedvességtartalom növekedésével rohamosan csökken.

5.3. A fa egyéb tulajdonságaia) A fa keménysége elsősorban a fa

megmunkálhatóságára jellemző mérőszám. A faanyag keménységének vizsgálatára a Janka keménységmérő módszert használják, mely esetben 1 cm2

keresztmetszeti területű acélgolyót nyomnak be a vizsgált anyagba addig, amíg a bemélyedés az acélgolyó sugarát el nem éri. A bemélyedéshez szükséges erő a Janka keménység N/mm2-ben. A kemény fák keménységi mérőszáma nagyobb, a puhafáké kisebb.

184

A keménység 0-20 % nettó nedvességtartalom esetén erősen csökken, 20% és a rosttelítettség között kicsit változik, azon túl nem változik. A gombásodás a fa keménységét annyira befolyásolja, hogy a károsodás mértékét a keménység csökkenésével is ki lehet fejezni.

b) Kopásállóság a rostokat összetartó erő mértékét fejezi ki, és a vizsgálat során lekoptatott faanyag mennyiségével jellemzik. Nagysága függ a koptatási vizsgálattól (csiszolóvásznas, homokfúvásos, járásutánzó), a koptatóanyagtól, a koptatás irányától, a koptatónyomástól, valamint a keménységhez hasonlóan a fa tulajdonságaitól.

c) A súrlódási tényező légszáraz fenyőfélék fűrészelt felülete között 0,34-0,37, gyalult fa esetén ennek fele-kétharmada. Függ az egymásra fektetett fa rostirány eltérésétől, a felület nedvességtartamától, kezelésétől. Kenőanyagok esetén 0,2-0,13-ra csökkenhet.

5.4. Az építőfák és fatermékekA fából készült szerkezetek építésére felhasználható természetes fák az alábbiak:a tűlevelűek (jegenye-, luc-, erdei-, fekete- és vörösfenyő),a keményfák (tölgy, akác, bükk),a lombos puhafák (nyárfa)..A bükkfát csak tartósított anyaggal kezelt állapotban szabad beépíteni.A felsoroltaktól eltérő fafajták csak külön vizsgálat alapján alkalmazhatók.A fatermékekben megkülönböztetünk erdei-, bárdolt- és fűrészelt termékeket, valamint mesterséges, illetve javított fatermékeket.A szabványos hosszak mind az erdei, mind az ipari faválaszték esetében 0,5m-ként változnak. Megjegyezzük azonban, hogy a 8 m-nél hosszabb erdei

185

fatermék, 5 m és főleg 6 m-nél hosszabb fűrészelt-, illetve faragott áru beszerzése körülményes.Fűrészelt faáruk fontosabb keresztmetszeti méretei a következők:

- deszka:vastagság, 18, 24, 30, 48 mm,szélesség, 100-340 mm-ig,

- palló: vastagság, 60, 75, 100 mm,szélesség, 160-340 mm-ig,

- léc: 24/48, 48/75, 75/100 mm2-es keresztmetszetek.

- zárléc: 24/24, 48/48, 75/75 mm2-es keresztmetszetek.

- gerenda: 100, 120, 150, 170, 210 és 240 mm méretek kombinációi.

A legnagyobb szabványméret 210/240 mm2.Mesterséges úton előállított fatermékek közül építési célokra az alábbiak használhatók fel:

rétegelt lemezek, amelyet páratlan számú furnérlemezből ragasztással, nagy nyomás alatt préselnek össze. Az egyes furnérlemezekben a rostok iránya különböző, egymással mintegy 90°-ot zárnak be, így a rétegelt lemez homogénebb és izotrópabb, mint a természetes fa. Már 30 mm vastagságban 6,0 m hosszig és 2,0 m szélességig gyártanak ilyen lemezeket.

faforgács lemez alapanyaga a faforgács. A lemezt nagy nyomáson préseléssel állítják elő. A kötőanyag műgyanta, magnézium vagy portlandcement. Préselés után mindkét oldalát csiszolják. A vastagsága 12mm – 22 mm-ig változhat. Építési célokra csak I. osztályú faforgácslapot szabad felhasználni. Nedvességre érzékeny, a faforgácsok megduzzadnak.

farostlemez alapanyaga a farost, amelyet értéktelenebb fafajokból, favégekből és hulladékból kémiai-mechanikai úton nyernek. A kötőanyaga

186

újabban műgyanta ragasztó. A lemezzé préselés nagy nyomás alatt történik.

5.5. KapcsolószerekA fából készült kapcsolószerek (betétek) anyaga egyenes szálú I. kategóriájú, legfeljebb 15% nedvességtartalmú keményfa, ritkábban puhafa lehet.Az acél kapcsolószerek (nyitott- és zárt gyűrűk, fogazott és karmos betétek, csavarok, hengerek, csövek) anyaga legalább az MSZ 500 szerinti A37 minőségű legyen.Facsavaros kapcsolatokat az MSZ 2496-2499 szabványsorozat szerinti csavarokkal kell készíteni.Szegezett kapcsolatokhoz az MSZ 9001 szerinti huzalszeget kell tervezni.A ragasztott kötéshez vízzel szemben ellenálló műgyantaragasztókat kell előírni. Egyéb szerves eredetű ragasztóanyagot alkalmazni nem szabad.

5.6. AnyagjellemzőkA természetes fákat és a rétegelt falemezt rugalmas anizotrop anyagnak kell tekinteni, amelyeknek a tulajdonságai a természetes fák esetében a rostokkal párhuzamosan és a rostok irányára merőlegesen, rétegelt lemezeknél a lemez síkjában és arra merőlegesen egymástól eltérőek.Kemény farostlemez és a faforgácslap rugalmas izotróp anyagnak tekinthető.

5.6.1. Teherhordó faszerkezetek rugalmassági modulusai

A faanyagokban pillanatnyi külső hatások alatt bekövetkező alakváltozásokra jellemző (E, G) rugalmassági tényezőt az 5.1. táblázat szerint kell számításba venni.Az E a rostirányú, az E(r) a sugárirányú és az E(t) a húrirányú rugalmassági modulust jelöli. A G a nyírási modulust jelöli.A rétegelt falemezeknél a pillanatnyi külső hatások esetében bekövetkező alakváltozásokra jellemző (E,G)

187

rugalmassági tényező értékeit az 5.2. táblázat tartalmazza.Amennyiben a rétegelt falemez rugalmassági modulusát méréssel határozzák meg, akkor a mért értékeket kell figyelembe venni.

5.19. táblázat. Rugalmassági modulusok

Fafajcsoport

Szilárdsági kategória

Rugalmassági modulusN/mm2

Nyírási modulusN/mm2

G(rt)E E(r ) E(t)

F560 15000

400 500I., II., III. 12000

F620 16000

400 500I., II., III. 13000

K78; K680 18000

600 1000I., II., III. 14000

L460 7000

350 450I., II., III. 5000

5.20. táblázat.

MSZ szerinti minőségi osztályok

Rugalmassági modulusN/mm2

Nyírási modulusN/mm2

G(rt)E E(t)

E1, I1 15000 6000400

E2, I2 10000 4000

5.6.2. Teherhordó faszerkezetek határfeszültségei

T=50 év élettartamra tervezett építmények teherhordó szerkezeteit, illetve faszerkezeti elemeit:- természetes fákból,- hossztoldott faanyagból,- szélességben toldott faanyagból, ill.- rétegelt-ragasztott (RR) faanyagból szabad tervezni.

188

Ezen anyagok határfeszültségeinek értékét az 5.3. és 5.4. táblázat tartalmazza. T=50 év élettartamra tervezett építmények teherhordó rétegelt falemez szerkezeteit, illetve rétegelt falemezek szerkezeti elemeit a szabvány szerinti legalább ötrétegű falemezből szabad tervezni, amelynek vastagsága v ≥ 6 mm. Időjárásnak kitett beépítés esetén, továbbá talajban és vízben csak tartósító anyaggal kezelve használható fel a rétegelt falemez. A rétegelt falemez határfeszültségeinek értékét az 5.4. táblázatban adtuk meg.A határfeszültségek meghatározásához figyelembe kell venni az 5.6.3. pontban foglalt módosító tényezőket is.

5.21. táblázat. Természetes faanyagok határfeszültségei

Fafajcsoport

Rn

Minőségi értékN/mm2

Szilárdsági kategória

Hajlító

Húzó Nyomó Nyíró

Határfeszültségek értékei N/mm2

(u=15%nedvességtartalom)esetén

σHmσH

h

σH

hr;

σH

ht

σH

ny

σHn

yr;

σHn

yt

τH(

rt)

τH(lt) és (lt)síkban

MSZ 10144 szerint

F56 56

0 29,330,2

1,1

23,7

5,67,9

2,7

I. 25,322,6

1,0

21,0

5,06,9

2,4

II. 21,015,3

0,8

18,1

4,15,8

2,0

III. 16,38,0

0,6

15,1

3,24,5

1,5

F62 62 0 32,5 33,4

1,2

26,2

6,1 8,6

2,9

189

I. 28,025,0

1,1

23,3

5,47,6

2,6

II. 23,216,9

0,9

20,0

4,56,3

2,2

III. 18,08,9

0,6

16,7

3,54,8

1,7

K78 78

0 40,842,0

1,6

33,0

10,7

11,3

3,7

I. 35,231,5

1,4

29,2

9,59,9

3,3

II. 29,221,3

1,2

25,2

7,98,3

2,7

III. 22,611,2

0,9

21,0

6,16,4

2,1

K68 68

0 35,636,6

1,4

28,8

9,49,8

3,2

I. 30,627,5

1,2

25,5

8,28,7

2,8

II. 25,418,5

1,0

22,0

6,97,2

2,4

III. 19,79,8

0,8

18,3

5,35,5

1,8

L46 46

0 24,021,4

0,9

19,5

3,96,1

2,2

I. 20,714,8

0,8

17,2

3,45,4

1,9

II. 17,28,3

0,5

14,9

2,94,5

1,6

III. 13,3 - -12,4

2,23,5

1,2

190

5.22. táblázat. Rétegelt faanyagom határfeszültségei

MSZ Szerinti minőségi osztályok

Hajlító Húzó Nyomó NyíróHatárfeszültség értékei, N/mm2 (u=15% nedvességtartalom esetén)

σHm σHm(t) σHh σHh

(t) σHny σHny(t)

l-t síkban τH

E1, I1 19 16 13 7 16 10 2(4*)E2, I2 12 10 - - 12 8

5.6.3. Határfeszültséget módosító tényezők

A határfeszültségeket módosító tényezők közül az 1,0-nál nagyobbakat ajánlatos, az 1,0-nál kisebbeket minden esetben figyelembe kell venni.

A rostok és erő iránya

A rostok és az erő iránya közötti α szöghöz tartozó axiális határfeszültséget az alábbi összefüggéssel kell számításba venni:

Ahol α az erő és a rostirány közötti szög, σH a rostokkal párhuzamos hajlító, húzó, nyomó, σH

(r) a rostokra merőleges hajlító, húzó, nyomó határfeszültség, (5.3. ábra).

A nedvességtartalom

Az 5.3., illetve a 5.4. táblázatban a határfeszültségek u = 15% nedvességtartalomkor adottak. Ha biztosított, hogy a szerkezet élettartama során a fa nedvességtartama nem halad meg egy bizonyos u%-ot, akkor a fa nedvességtartamától függően (egyensúlyi nedvességtartalom, de legfeljebb 30%) határfeszültség-csökkenést kell figyelembe venni. A csökkentő tényező:ku= 1 - (u – 15) 0,02

191

Ahol u értékét százalékban kell behelyettesíteni. 15%-nál kisebb nedvességtartalmat számításba venni nem szabad. A 30%-nál nagyobb nedvességtartalom esetén a 30%-hoz tartozó értéket kell a számítás során alkalmazni.

A tervezett élettartam

Az 5.3., illetve 5.4. táblázatban a határfeszültségek t=50 év tervezett élettartamhoz adottak.A 150 év ≥ T > 50 év élettartamra tervezett szerkezetekhez felhasznált faanyagok határfeszültségeit az 5.3. táblázatban megadott értékekből a következő szorzókkal kell számítani:- hajlító határfeszültség számításkor. 0,70- húzó határfeszültség számításakor: 0,50- nyomó határfeszültség számításakor: 0,75- nyíró határfeszültség számításakor: 0,50Ha a tervezett létesítmény élettartama T < 50 év, akkor az 5. táblázatban megadott határfeszültségeket kT

szorzóval kell számításba venni:Ha 0 < T ≤ 6 óra kT = 1,40

6 < T ≤ 24 óra kT = 1,3024 óra < T ≤ 5 év kT = 1,205 év < T ≤ 15 év kT = 1,1015 év < T ≤ 50 év kT = 1,00

Keresztmetszeti méret

Ha a tervezett elem legkisebb keresztmetszeti mérete, illetve keresztmetszeti területe kisebb a szerkesztési szabályokban előírt legkisebb méretektől (vastagság 24mm, keresztmetszeti terület 2400 mm2) a határfeszültséget csökkenteni kell. A km csökkentő tényező a kedvezőtlenebb eltérés %-os nagyságával egyenlő csökkentést eredményezzen.Például gy húzott rúd vastagsága 18 mm, keresztmetszeti területe 2000 mm2. Az eltérések:18 / 24 = 0,75 illetve 2000 / 2400 = 0,83.A kedvezőtlenebb eltérés a 0,75, azaz a csökkentő tényező km = 0,75 értékét kell alkalmazni.

192

Hengeres fa esetén (kérgezett, nőtt fa, tehát nem esztergált)ha a középátmérő 200 mm, vagy annál nagyobb, és a sudarasodás méterenként legfeljebb 10 mm, akkor km = 1,10.ha a középátmérő legalább 150 mm és a sudarasodás méterenként legfeljebb 10 mm, akkor km = 1,05 szorzót szabad alkalmazni.

Ívesen meghajlított elemek

Ívesen meghajlított rétegelt-ragasztott szerkezetek esetén az 5.3. táblázatban szereplő, rostokkal párhuzamos hajlító határfeszültséget (σHm-et)

tényezővel szorozva kell számítani, ha a görbületi sugár (r ) és a legvastagabb elem (lamella) vastagságának aránya r / h < 500. r / h > 500r esetén a szorzótényező 1,0, vagy annál nagyobb, amelyet nem szabad figyelembe venni. A megengedett legkisebb görbületi sugár:

I. szilárdsági kategóriájú RR szerkezetek esetén r = 200 h,

II. szilárdsági kategóriájú RR szerkezetek esetén r = 250 h.

Talpgerendára támaszkodó oszlop

Az 5.4. ábrán vázolt oszlop alatt a talpgerendában ébredő rostokra merőleges nyomó határfeszültséget

tényezővel szorozva szabad számításba venni. Az lmin / h viszonyszám legfeljebb 1,3 értékkel vehető figyelembe.

193

5.60. ábra. A pecsétnyomás számítás geometriája

Vízgőz hatása

Vízgőznek tartósan kitett szerkezetek esetén (90% relatív páratartalom felett) a vízgőz hatására létrejövő fanedvesség-változás figyelembevételén túl (ku) a határfeszültségeket kg = 0,9 szorzóval kell számítani.

Vízszintingadozás

A vízszintingadozásnak kitett telítetlen szerkezetek határfeszültségeit a 30% nedvességtartalomhoz tartozó csökkentésen túl, további kv = 0,8 szorzóval kell számítani.

194

6. Aszfaltok

Magyarországon a közutak burkolata majdnem teljes mértékben aszfaltból készült.

6.1. Az aszfalt definíciója, összetételeAz aszfalt olyan építőanyag-keverék, amelyben különböző ásványi adalékanyag-szemcséket bitumen vagy bitumenalapú kötőanyag von be, és ezáltal ragasztja és köti össze. Az aszfalt szilárd részét az adalékanyag nagyobb szemcséi biztosítják, ezek adják a réteg teherhordó kővázát, a kisebb szemcsék a habarcsszerű kitöltésben játszanak szerepet. Az aszfaltkeverék adalékanyaga a zúzotthomok, zúzottkő, zúzalék, természetes homok, homokos kavics.Az aszfaltkeverékek töltőanyaga, mely a burkolatban stabilizáló és hézagkitöltő szerepet tölt be, általában a mészkőliszt, de kivételesen alkalmazható exhausztor por, filterpernye, cement stb. is. Az aszfaltkeverékek kötőanyaga a bitumen és ritkábban a hígított bitumen, melyeket a kőolaj lepárlása során állítanak elő.Az aszfalt beépítve a hengerlés és a forgalom hatására betömörödik, és stabil, nagy kohéziójú, vízzáró, sima, de mégis érdes felületű aszfaltréteget hoz létre, amely az időjárásnak (víz, napfény, oxigén) és a forgalom hatásainak hosszú évekig képes jól ellenállni.

6.2. AszfaltkeverékekA meleg kötőanyaggal kevert meleg adalékanyagok kedvező tulajdonságaikat egyesítik, és ez eredményezi a melegaszfalt-keverék útburkolati követelményeket jól szolgáló tulajdonságait, melyek az alábbiak:

melegen bedolgozható, kihűlve megszilárdul, de rugalmas marad,

195

jó teherviselő, tömör és jó vízzáró, kopásellenálló, időálló, és jó megjelenést biztosít.

A bitumen alapú speciális kötőanyaggal készült különböző típusú hidegaszfalt-keverékek – melyeket kisforgalmú utak megerősítésére, profiljavítására használnak kopórétegként vagy felületi bevonat készítése előtt, esetleg téli javításokhoz–, szintén több kedvező tulajdonsággal rendelkeznek:

előállításuk környezetkímélő, hidegen bedolgozhatók, az előállítás és bedolgozás időben szétválasztható.

6.3. AszfaltburkolatokAz aszfaltok sokféle változata különböztethető meg:

az aszfalt anyagának összetétele és jellege, előállítási módja, a beépítés módja, a burkolatszerkezetben elfoglalt helye és teherviselő képessége szerint.

Az útpályaszerkezetekbe épített aszfaltokat célszerűen az aszfalt anyagának összetétele, vagyis jellege, az előállítás technológiája és ezen belül aszfalttípusonként csoportosítják.A kevertaszfaltokat tovább csoportosítják a bedolgozásuk szerint hengerelt- és öntöttaszfaltokra.A különböző ásványi adalékanyagokból és kötőanyagokból előállított aszfaltok utántömörödő vagy tömör jellegűek lehetnek. Az előállítás technológiája szempontjából az aszfaltokat három csoportba sorolják:

permetezéssel, keveréssel és

196

habarcsosítással (keverés közben is melegítve) előállított aszfaltok.

6.3.1. Utántömörödő aszfaltok

Permetezéses utántömörödő bitumenes burkolatok

Ez esetben az aszfaltburkolat egy építési és egy hosszabb, ún. „aszfaltosodási” folyamatnak az eredménye. Ezek a körülmények meghatározzák a burkolat viselkedésének jellegét. A keverés nélkül készülő burkolatok esetében az adalékanyag – ez esetben inkább kőváz és kiékelő anyag – és a bitumenes kötőanyag az úttükörben kerül egymással kapcsolatba, rétegenként egymásra szórva, illetve permetezve.A keverés nélküli aszfaltok kötőanyaga általában a hígított bitumen. Ezeknél a burkolatoknál a kőváz tehát lassan éri el teljes tömörségét, a forgalom hatására utántömörödik.

Kevert, utántömörödő aszfaltburkolatok

Hideg vagy félmeleg eljárással – általában hígított bitumennel, vagy újabban egyéb bitumen alapú kötőanyaggal – a permetezési és itatási művelet helyett sokkal hatásosabb, keveréssel előállított aszfaltanyaggal készítik. A kevertaszfaltból könnyebb jó profilú, hullámmentes burkolatfelületet építeni. Nem kell az aszfaltosodás idején tartós utókezelési munkát végezni, mert az gyorsan bekövetkezik. Ezek a burkolatfajták is kis és közepes forgalomra alkalmasak. Megfelelő teherbíró útalapra építhetők.Az utántömörödő – vagy makadám rendszerű – aszfaltok tehát olyan összetételűek, hogy a készítésük során a hengerrel való tömörítés ellenére nem válnak végleges tömörségűvé, hanem a forgalom tömöríti be. Alapkövetelmény, hogy folyamatos szemmegoszlású kevert utántömörödő aszfaltréteg nem lehet 3 cm-nél vastagabb, mert ennél vastagabb rétegből a hígítóanyag nem tud tökéletesen elpárologni.

197

Az utántömörödő és tömör aszfaltrétegek különböző teherviselő képességűek, melyet a pályaszerkezet méretezése és tervezése során figyelembe kell venni.

6.3.2. Tömör aszfaltok

A tömör – beton rendszerű – aszfaltok olyan összetételűek, hogy beépítésük során hengerlés hatására érik el végleges tömörségük 95–100%-át. Meleg keveréses eljárással készülnek. A meleg kevertaszfaltok lényeges vonása a bedolgozás módja, melynek alapján az aszfaltkeverékeket felosztják:

hengereltaszfaltokra, és öntöttaszfaltokra.

A bedolgozhatóság az aszfalt leglényegesebb összetevőit és arányait meghatározza.Az öntöttaszfaltok csoportja lényeges eltérő vonásokat mutat nemcsak a bedolgozás módja tekintetében, hanem a keverés technológiája szerint is.

Melegen hengerelt aszfaltbeton burkolatok

Az ebbe a csoportba tartozó aszfaltok legjellemzőbb közös tulajdonsága, hogy csak megfelelően magas hőmérsékleten építhetők be, tömörítésük csak melegen hengerelve biztosítható.Az útépítő gyakorlatban kialakultak azok az aszfaltbeton keverékfajták, amelyek az egyes pályaszerkezeti rétegeknek legjobban megfelelnek. Így vannak alapréteg építésére alkalmas aszfaltfajták, a pályaszerkezet teherviselő képességét fokozó, a kopó- és alapréteg együttdolgozását biztosító kötőréteghez alkalmas keverékek, és a különféle célra építendő kopórétegekhez alkalmas aszfaltbeton keveréktípusok. Ezeknek a pályaszerkezetben különböző szerep jut, ennek megfelelően kell az adott aszfaltanyagnak viselkednie. Ezt pedig leginkább az alkotóanyagaik milyensége (fajtája, minősége) és azok részaránya biztosítja. Általában a melegen hengerelt aszfaltok

198

kőváza folyamatos szemmegoszlású: vagyis az igen finom szemcsétől a durva szemekig a szemcsék mérete folyamatosan változó. Az ilyen adalékra jellemző, hogy igen tömör állapot felvételére alkalmas. A benne lévő szabad hézag csekély, szerkezete a betonéhoz hasonló. Ezért is nevezik aszfaltbetonoknak az ilyen összetételű aszfaltokat. Adalékanyaguk sokféle lehet: zúzottkövek, zúzalékok, kohászati salakok stb., természetes, osztályozott és zúzott homokok, illetve természetes, osztályozott és zúzott kavicsok.Az UNZ és UKZ minőségű zúzalékok alkotják az aszfaltanyag kővázának jelentős részét. A „kőváz” elnevezés magáért beszél: a szilárd vázát adja az aszfaltnak. Megfelelő teherhordó váz csak jó minőségű, kubikus szemcsealakú zúzalékból készíthető. A kőváz érdes felületű és sarkos zúzott homokot, és többnyire legömbölyödött szemcséjű természetes homokot is tartalmaz. Az ilyen összetételű „hézagos” kőváz nem tömöríthető kellő mértékben, ezért a kis hézagok kitöltésére finom szemcsékből álló töltőanyagot (fillert) is kevernek az aszfalt adalékanyagához.Töltőanyaguk is többféle lehet: mészkőliszt, cement illetve porleválasztó által leválasztott por.A mészkőlisztnek (fillernek) különleges szerepe van az aszfaltokban. Egyrészt kitölti a kis hézagokat, másrészt a mészkőből őrölt finom szemcsék porózusak, s így lekötik a bitumen lágyabb részeit. A bitumen a finom szemcsékkel habarcsot képez és a mészkőliszt ezt a bitumenes habarcsot szívósabbá teszi. A kőváz szemcséit stabil bitumenes habarcs vonja be, és erős ragasztást biztosít a keverék szemcséi között. A melegen hengerelt aszfaltkeverékek kötőanyaga kemény (B-35/50), középkemény (B-50/70) és normál (B-70/100) keménységű bitumen, vagy ezek módosított változata.

199

A bitumen azon tulajdonsága, hogy csak magas (150-170 °C) hőmérsékletűre felmelegítve képes keveréssel a kőváz szemcséit megfelelően bevonni, korlátozza az aszfaltkeverék bedolgozhatóságát.Az útibitumennel készített aszfaltbeton-keverék csak jóval 100 °C felett alkalmas megfelelő beépítésre. Az egyes aszfaltbeton keverékek összetételére és mechanikai tulajdonságaira vonatkozó követelményeket szabvány írja elő.Meleg bitumenes út-pályaszerkezeti rétegek:

meleg bitumenes útalapok (bitumenes kavics, javított bitumenes kavics);

kötőrétegek; burkolatok, melyek lehetnek:

durva aszfaltbetonok; finom aszfaltbetonok; fokozott igénybevételű aszfaltbetonok; érdesített homokaszfalt; vízáteresztő aszfaltok;

6.4. Aszfaltkeverékek tervezése és gyártása

6.4.1. Aszfaltkeverékek tervezése

Az aszfaltkeverék tervezésének célja, hogy meghatározza az adott aszfaltfajta készítéséhez szükséges receptúrát, vagyis a keverék készítéséhez felhasználandó alapanyagok részarányát. Az aszfalt tervezése két lényeges részből áll:

az aszfalt kővázának megtervezése és a kővázhoz szükséges bitumenmennyiség

meghatározása.

A keverési előírás részletesen megadja az:

adalékanyagok előadagolásának arányait (sebességét),

alkalmazott rosták méretét és a szétosztályozott anyagok egy keverési adaghoz szükséges tömegét,

200

a töltőanyag bemérendő tömegét, a keverékben előírt bitumen tömegét, keverési időket, betartandó hőmérsékleteket stb.

Az aszfaltkeverés általános érvényű előírásait technológiai utasításban rögzítik.

6.4.2. Aszfaltkeverő gépek

A melegen hengerelt aszfaltburkolatok anyagainak előállításához csak nagy teljesítményű keverőberendezések alkalmasak.A keverőgép részei:

előadagolók; szárítóberendezés; porleválasztó; forró adalékanyag; töltőanyag-adagoló berendezés; bitumen-előmelegítés, hevítés, mérlegelés és

adagolás; keverőberendezés; melegaszfalt-tároló berendezés; aszfaltkeverőgép vezérlőegysége.

Aszfalt-keverőtelepi laboratórium szerepe, az üzemi technológiai folyamatok ellenőrzése.A legmodernebb automatikával felszerelt gépek sem képesek ellenőrző tevékenység nélkül egyenletes, jó minőségű termék előállítására. A laboratóriumi vizsgálatok alapján megtervezett aszfaltösszetétel folyamatosan csak úgy biztosítható, ha a laboratórium a gyártással kapcsolatban az alábbi vizsgálatokat és méréseket folyamatosan elvégzi:

keverőtelepre érkező anyagok vizsgálata az aszfaltkeveréshez,

gépbeállítások és ellenőrző mérések üzem közben, a termék minőségének folyamatos ellenőrzése, a

szükséges gépbeállítás-módosítások meghatározása.

201

6.5. Öntöttaszfalt burkolatok Az öntöttaszfalt burkolatok a hengerelt aszfaltburkolatoktól az öntött-aszfalt eltérő tulajdonságaival jellemezhetők:

az öntöttaszfalt lényegesen több habarcsot tartalmaz, kötőanyagként igen kemény bitument alkalmaznak, készítése tartósabb keverést, főzést igényel, az öntöttaszfalt nem tartalmaz szabad hézagot, bedolgozása 200 °C feletti hőmérsékleten öntéssel

történik, élettartama felülmúlja bármelyik más aszfaltburkolat

élettartamát.

Az aszfaltburkolatok közül ez a legértékesebb burkolatfajta, a legnehezebb forgalmi igények kielégítésére is alkalmas. Anyagi összetétele és igényes keverési és beépítési módja miatt az építési költsége kb. kétszerese a hengerelt aszfaltburkolatok építési költségének. A beépítési módja viszont lehetőséget ad olyan helyeken történő alkalmazásra, ahol hengerelt aszfalt készítésére nincs lehetőség (pl. ipari csarnokok).

Öntöttaszfalt burkolatok fajtái

Rendeltetésük szerint megkülönböztetnek:

nehéz álló vagy közúti forgalomra, gyalogos-, ill. kerékpárutak számára épített

öntöttaszfalt burkolatokat, saválló burkolatokat, szikramentes öntöttaszfalt burkolatokat.

Kötőanyaguk az öntöttaszfalt fajtájától függően kemény, ill. nagyon kemény bitumen.

Öntöttaszfalt anyagai

Adalékanyagok:

Útburkolatok aszfaltjához kopásálló ásványi zúzalékot, természetes és zúzott homokot,

202

mészkőlisztet és nagyobb keménységű bitument alkalmaznak.

Különleges célokat szolgáló saválló öntöttaszfalt keverékbe sem mészkő zúzalék, sem mészkőliszt nem használható, mert savak hatására elbomlanak.

Szikramentes öntöttaszfalt adalékanyaga kizárólag mészkő alapanyagú lehet.

Kötőanyagok:Öntöttaszfaltok kötőanyaga a kemény és nagyon kemény bitumen. Az öntöttaszfaltok töltőanyagtartalma és kötőanyagtartalma a hengerelt aszfaltokéhoz képest igen magas, a nagy habarcstartalom teljesen tömör, hézagmentes aszfaltréteg építését teszi lehetővé. Az öntöttaszfaltok előállítását az összetevők magas hőmérsékleten történő keverésével, főzésével végzik. Az aszfalttípusokat jellege és előállítási technológiája szerint a 6.1. ábrán foglaltuk össze.

203

6.61. ábra. Az aszfalttípusok összefoglalása jellegük és előállítási technológiájuk alapján

204

7. MINŐSÉGBIZTOSÍTÁS

7.1. A minőségA minőség a sikeres üzlet egyik feltételévé vált, a vállalatok az éles és egyre globalizálódó versenyben hatalmas arányú átalakulásokra hajlandók, amelynek egyik legfontosabb célja a minőség javítása, és ezen keresztül a vevők és a megrendelések megszerzése, megtartása. A megfelelő minőség a nyereség elérésének egyik legfontosabb eszköze.Képet kívánunk adni a minőségbiztosítás lehetőségeiről, eszközeiről és módszertanáról. A téma iránt mélyebben érdeklődőknek felhívjuk a figyelmét a Minőségbiztosítás című tantárgyra.

7.1.1. A minőség jelentése

A minőség azt jelenti, hogy egy termék vagy szolgáltatás megfelel a rá vonatkozó követelményeknek, rendelkezik azokkal a tulajdonságokkal, amelyek a rendletetésre alkalmassá teszik. A követelményt előírhatja valamilyen szabvány, vagy meghatározhatja a vevő, a megrendelő. Azaz a termék vagy a szolgáltatás tulajdonságai, mérhető vagy nem mérhető jellemzői meg kell, hogy feleljenek az így meghatározott specifikációnak. A rendeltetésnek való megfelelés követelménye is alapvető, hiszen a vevő a terméket meghatározott célra kívánja felhasználni, és a vásárolt dolognak erre a célra alkalmasnak kell lennie. A specifikáció tehát a termék vagy szolgáltatás jellemzőit, a rendeltetésre való alkalmasság pedig a vevői igényeket határozza meg.

7.1.2. A minőség érdekeltjei

A gazdasági ügyletek két szereplője, az értékesítést végző vállalat (termelő, szolgáltató, az ügyletre vonatkozó szerződés kötelezettje) és a vevő (megrendelő, megbízó, az ügyleti szerződés jogosultja)

205

tehát érdekelt a megfelelő minőségben. E két kategóriába mindenki beletartozik, mert mire az alapanyagokból a végső fogyasztásra alkalmas termék vagy szolgáltatás lesz, számos ügylet jön létre. A minőség már csak az érdekeltek nagy száma miatt is közérdeknek tekinthető.

7.1.3. A termékellenőrzés és a minőségbiztosítása

A minőségi gondolkodás a termelési módok és a termelési körülmények változásával összhangban fejlődött. Az egyedi darabokat előállító iparágakban nyilván más módszerkezet kell használni, mint a tömegtermelésnél. A huszadik század második felében ugrásszerűen fejlődött a szolgáltatási szektor, ami a minőségi szemlélet forradalmi változásával járt.A mesterek és a céhek által meghatározott korszakban az volt a jellemző, hogy a mester maga ellenőrizte a munkáját. A minőséget a szokásjog írta elő. A manufaktúrák és a tömegtermelés korai szakaszában a minőséget utólag ellenőrizték.A termék minőségének ellenőrzése mára már külön szakterületté vált. A huszadik századi tömegtermelés méretei, sorozatnagyságai kikényszerítették az új módszerek alkalmazását. A húszas évek elejétől beszélhetünk folyamatközi ellenőrzésekről, és alkalmaznak statisztikai módszereket. A folyamat közbeni ellenőrzéseket és beavatkozásokat a gazdaságosság igénye tette szükségessé.

7.2. Szabványok, szabványosítás

7.2.1. A szabványosítás jelentősége

A szabványosítás alapvetően a piaci szereplők érdeke. Az írott – és egy szakmában általánosan ismert – szabványok megkönnyítik az üzleti tranzakciókat, mert a szerződésekben a termék, a szolgáltatás, vagy valamilyen eljárás részletes leírása helyett egyszerűen egy szabványra lehet hivatkozni.

206

7.2.2. A szabványok fajtái

A szabványok sokféleképpen csoportosíthatók, itt három csoportot különböztetünk meg.A mérésekre, mérő- és vizsgálóeszközökre vonatkozó szabványok egy-egy általánosan elfogadott eljárást írnak elő. Céljuk az, hogy a szakma szempontjából fontos jellemzőket egységesen értelmezzék, azonos módon állapítsák meg. Az ebbe a körbe tartozó szabványok nagy része általánosan ismert és elfogadott.A második nagy csoport a termékszabványok köre. A szabványok célja a termék méreteinek, lényeges tulajdonságainak, jellemzőinek meghatározása. Azért készülnek, hogy a termék használható, más termékekkel összeépíthető, ún. kompatíbilis legyen.A szabványosított természetesen mindig szerepet játszottak az erős alkupozícióval bíró fogyasztók, megrendelők, főként a hadseregek és a kormányok, a többiek kénytelenek alkalmazkodni. Ezek hozták létre a rendszerszabványokat. Ez olyan keretet biztosít, amelynek megfelelő saját eljárási rendet alakít ki a vállalat.A rendszerszabványokkal azért kell külön foglalkozni, mert nagyon eltérnek a konkrét és pontos leírásokat, eljárásmódokat leíró szabványoktól. A legnagyobb eltérés ott van, hogy ezek a szabványok csak követelményeket fogalmaznak meg, a megoldás módját nem adják meg, tehát például a nemzetközi ISO-szabványok általánosan alkalmazhatók valamennyi iparágban.

7.2.3. A szabványosítás szervezetei

A szabványokat vállalatok, kutatóintézetek és szakmai szervezetek készítik el, a nemzetközi szabványokat a szabványosítás szervezetei öntik végső formába (kondifikálják) és adják ki. Az általános és fontos területeken nemzeti szabványosítási szervezetek adnak ki szabványokat. A nemzeti szervezetek egymással

207

kapcsolatban vannak. A szakmai szervezetek és a nemzeti szabványosítási szervezetek is tagjai lehetnek a különféle nemzetközi (és európai) szabványügyi szervezeteknek.

7.2.4. Minőségügyi szabványok, intézmények és szervezetek

Az ISO minőségügyi szabványai ma már világszerte elfogadottak. A rendszerszabványok közvetlen elődje a BS 5750 számú brit szabvány volt. 1979-ben lépett életbe, és ez alapján a brit kormány hatalmas minőségi kampányt indított, támogatásával létrejöttek a minőségügy alapvető szervezetei. A szabványosítás nagy húzóágazatai, pl.: a hadiipar, államvasutak, autóipar, stb.

7.2.5. Minőséggel kapcsolatos jogintézmények

A minőség kérdése számos jogterületet érint, tételesen felsorolhatatlanok azok a jogszabályok, amelyek kapcsolatba hozhatók a minőségüggyel.Elsőként kell megemlíteni a szabványosításról és az akkreditálásról szóló törvényeket, mint a minőségügy alapvető jogintézményeit meghatározó jogszabályokat.

7.3. A minőség gazdasági hatásai

7.3.1. A minőség költségei

A minőség költségeit három nagy csoportra oszthatjuk: az első csoportot a minőség érdekében tett megelőző jellegű intézkedések költségei, a másodikat a termelési, gyártási minőségköltségek, a harmadikat a hibás termékekből származó veszteségjellegű költségek okozzák.A megelőző jellegű költségek közé sorolhatók a minőségi munka elérése érdekében kifejtett tevékenységek költségei, például a megelőző jellegű mérések, minősítések, a személyzet oktatása, a termék és a termelés megtervezése során felmerülő kiadások. A minőségbiztosítási rendszer kiépítésének és működtetésének költségei is ide sorolhatók. A

208

felkészülés vállalati többletköltségei, a tanácsadó és az auditor díja jelentik az egyszeri költségeket, a rendszer fenntartása folyamatos költségeket okoz.A termelési gyakorlati minőségköltségek a gyártás közbeni és a végső ellenőrzések személyi és technikai feltételeihez tartozó költségek.

7.3.2. A minőség hasznai

A minőség hasznai csak közvetve, a piaci kapcsolatokon keresztül érvényesülhetnek, vagyis egyértelműen ki vagyunk szolgáltatva a piaci kereslet összetételének. Ismét hangsúlyozni kell, hogy a megfelelő minőség nem abszolút kategória, a minőségnek a vevői igényekkel kell találkoznia.

7.3.3. A költségek és hasznok (bevételek) összefüggései

A dolog elvileg egyszerű: ha a minőség színvonalának egységnyi növelése egyre növekvő költségekkel jár, miközben a bevételek egyre csökkenő ütemben növekednek, akkor a minőség fokozása addig célszerű, amíg a költségnövekedés a bevétel növekedés alatt marad. Ahol a két növekedési ütem azonos, optimális minőségi színvonalnak tekinthető, mert a bevételek és a ráfordítások különbsége (a nyereség) ekkor a legnagyobb.

7.4. A minőségbiztosítás folyamata, szereplők

7.4.1. A minőségbiztosítás bevezetésének folyamata

A bevezetés első lépése és feltétele a vezetők egyöntetű és egyértelmű szándékának és elkötelezettségének kialakítása. A meghatározó vezetők csoportjának kifejezetten támogatnia kell az ügyet. Ez a csoport hozhat döntést a munka megkezdéséről.

7.5. A minőségügyi dokumentációkA minőségi rendszernek egyik alapvető követelménye a megfelelő dokumentálás.

209

A dokumentáció igénye kettős: a minőségi rendszer alapdokumentumait kell elkészíteni, valamint a rendszer működésének állandó dokumentálását kell megoldani. A dokumentumok négy szintet alkotnak.Az első szinten helyezkedik el a minőségügyi kézikönyv. Tartalmazza a vállalat minőségpolitikáját, a szervezetre, a felelősségre és a hatáskörökre vonatkozó legfontosabb előírásokat.A második szinten áll az eljárások kézikönyve,a munkautasítások jelentik a harmadik szintet,a negyedik szintet a minőségi bizonylatok, kiegészítő dokumentumok foglalják el.

7.6. Ellenőrző, mérő- és vizsgálóberendezésekA szabvány megköveteli, hogy a vállalat tartsa ellenőrzése alatt a szükséges mérőeszközöket. A tanácsadók gyakorlati tapasztalatai szerint a vállalati minőségügyi rendszernek a mérőeszközökre vonatkozó szabályozását nagyon nehéz elkészíteni. A gyakorlatban betartani ezeket a szabályokat még nehezebb.Dokumentált eljárások legyenek azoknak az eszközöknek a rendszeres kalibrálására, amelyekkel a termékellenőrzéseket és vizsgálatokat végzik. Ismerni kell a mérési bizonytalanságokat, azoknak összhangban kell állniuk a mérési képességekkel. Az eszközök jellemző műszaki adatainak hozzáférhetőnek kell lenniük.A szabványos működés feltételezi:

a mérésekhez a megfelelő eszköz használatát; az elfogadott eszközökről készített listát, az eszközök

rendszeres kalibrálását elismert etalonokhoz; a kalibrálási folyamat meghatározását, a

berendezések elhelyezését, a kalibrálás gyakoriságát, az elfogadási kritériumokat és módszereket;

a kalibrált állapotjelölési módját; a kalibrációs feljegyzések vezetését;

210

a korábbi ellenőrzések eredményének értékelését, ha a berendezésről kiderül, hogy már nincs kalibrált állapotban;

a kalibrálás megfelelő környezeti feltételeit; a berendezések megfelelő kezelését, tárolását, hogy

azok megőrizzék pontosságukat és használatra való alkalmasságukat;

a mérőeszközök védelmét.

A mérőeszközöknél figyelembe kell venni a már említett mérésügyi jogszabályokat, szabványokat.

211

Függelék

Irodalomjegyzék

Dr Tóth Zoltán: Építőanyagok I J 19-375 Budapest Tankönyvkiadó 1991Dr Tóth Zoltán: Építőanyagok II J 19-375 Budapest Tankönyvkiadó 1991Dr Balázs György: Építőanyagok és kémia Budapest Tankönyvkiadó 1984.Dr Palotás László: Általános anyagismeret Budapest Akadémiai kiadó 1977

212