1

LABORATORIUM

MIESZANKA BETONOWA

Skład mieszanki betonowej ustala się tak , aby zapewnić :

Zwartą strukturę ( ograniczona objętość pustek powietrznych 2 – 4 %)

Odpowiednia urabialność ( dokładne wypełnienie formy z zachowaniem jednorodności i max 2 % pustek powietrznych

Odpowiednią konsystencję ( podatność na przemieszczanie się z zachowaniem jednorodnej struktury – bez rozsegregowania )

W skład mieszanki betonowej wchodzą :

Kruszywa grube 42 % Piasek 28% Woda i domieszki 13% Cement i dodatki 15 % Powietrze 2%

KRUSZYWA

Dwie pierwsze pozycje stanowią około 70 % składu mieszanki betonowej i mają istotne znaczenie dla jej właściwości oraz właściwości betonu.

Podział kruszyw ze względu na pochodzenie surowca do produkcji :

Kruszywa naturalne , w tym1. Kruszywa łamane ( bazalt , granit , gnejs ,marmur , wapień i

dolomit )2. Żwirowe ( piaski i żwiry )

Kruszywa sztuczne ( żużel wielkopiecowy , keramzyt ,szkło piankowe , popiołoporyt )

Kruszywa z recyclingu ( powstałe z przeróbki nieorganicznego materiału stosowanego w budownictwie )

Jak omówiono wcześniej ( laboratorium 1 ) najważniejsze, z punktu widzenia technologii betonu, właściwości kruszyw to:

• skład ziarnowy,• kształt i szorstkość ziaren,

2

• obecność zanieczyszczeń,• nasiąkliwość,• wytrzymałość/ścieralność,• mrozoodporność,• reaktywność (alkaliczna )

Wytrzymałość kruszywa bezpośrednio przekłada się na wytrzymałość stwardniałego betonu.

Badania właściwości fizycznych kruszyw obejmują badania:

• na rozdrabnianie (współczynnik Los Angeles LA),• na ścieranie (współczynnik mikro-Devala MDE), • odporność na polerowanie (polerowalność PSV),• odporność na ścieranie powierzchniowe (ścieralność AAV), mrozoodporność kruszywa grubego, mrozoodporność kruszywa w obecności soli.

Miernikiem wytrzymałości kruszyw są cztery pierwsze badania.

Poszczególne współczynniki określają właściwości mechaniczne kruszywa w powiązaniu z rodzajem skały. W tabeli przedstawiono średnie wartości współczynników dla różnych kruszyw.

Stosowanie kruszyw charakteryzujących się wysoką odpornością na rozdrabnianie – niski współczynnik LA, konieczne jest w betonach, które narażone są na duże obciążenia mechaniczne i agresywne oddziaływanie środowiska (betony drogowe, mostowe, nawierzchnie lotniskowe).

Stosowanie kruszyw o niskim współczynniku PSV (polerowalność) zalecane jest z kolei w betonach nawierzchniowych (nawierzchnie drogowe, lotniskowe).

Rodzaj kruszywa LA MDE PSV AAV

Bazalt 6–13 7–18 44–52 2–4Granit 17–43 7–16 – 3Żwir

kwarcowy 16–34 6–23 43–53 1–3

Żwir 18–25 3–21 42–53 2–4

3

magmowyWapień 24–30 18–38 42–43 -Dolomit 11–25 7–18 41–47 7–10

Badanie kruszywa metodą Los Angeles

• Zasada metody -obtoczenie próbki kruszywa ze stalowymi kulami w bębnie (rozdrabnianie), obracającym się ustaloną ilość cykli. Po zakończeniu, ustala się pozostałość próbki analitycznej na sicie 1,6 mm.

• Przygotowanie próbki do badania • Przygotowanie próbki analitycznej do badania; dla kruszywa o

uziarnieniu 10/14 mm masa próbki wynosi ≥ 15kg; • Dodatkowe wymagania dla uziarnienia próbki analitycznej

zawartość kruszywa do 12,5mm 60-70%, lub zawartość kruszywa do 11,2mm 30-40

aby uzyskać próbkę o wymaganym uziarnieniu należy: – przesiać próbkę laboratoryjną przez zestaw sit 10, 11,2 (lub 12,5) i 14 mm, wymyć oddzielnie każdą frakcję zgodnie z PN-EN 933-1, – wysuszyć w temp. 110±5°C do stałej masy, – wymieszać frakcje (po ochłodzeniu do temp. otoczenia)

dla uzyskania próbki analitycznej, należy pomniejszyć zmodyfikowaną próbkę kruszywa zgodnie z PN-EN 932-2. Masa próbki analitycznej powinna wynosić 5000g±5g

• Wykonanie badania 1. W bębnie Los Angeles należy umieścić stalowe kule, a

następnie próbkę analityczną2. Wykonać 500 obrotów bębna, ze stałą prędkością od 31÷33

obr/min 3. Próbkę po cyklach obracania przesiać na mokro na sicie 1,6

mm, zgodnie z PN-EN 933-1 4. Pozostałość na sicie 1,6 mm wysuszyć w temp. 110 ±5°C do

Obliczenie wyników Wynik badania stanowi współczynnik LA, obliczony według wzoru: LA = 5000-m 50 m – masa pozostająca na sicie 1,6 mm [g

4

• Obliczenie wyników badania stanowi współczynnik LA, obliczony według wzoru: LA = 5000-m/ 50 , gdzie m – masa pozostająca na sicie 1,6 mm [g]

Urabialność mieszanki betonowej zależy od zawartości cementu, punktu piaskowego (czyli zawartości ziaren poniżej 2 mm) oraz zawartości najdrobniejszych frakcji 0/0,25 mm. Dobór punktu piaskowego zależy od metody układania i zagęszczania mieszanki betonowej:

• 27–30% – betony zwykłe, betony układane za pomocą pojemników, wibratorów wgłębnych i powierzchniowych,

• 35–40% – betony prefabrykowane, betony układane za pomocą pomp, wibratorów wgłębnych i powierzchniowych,

• 45–60% – betony zagęszczane za pomocą wibroprasy (np. produkcja kostki brukowej).

Mieszanki betonowe o wysokim punkcie piaskowym charakteryzują się większą zawartością cementu oraz koniecznością stosowania dodatków do betonu. Wyższy punkt piaskowy, z uwagi na większą objętość zaczynu, skutkuje większym skurczem).

Wysoki punkt piaskowy nie zapewni dobrej urabialności mieszanki betonowej, jeśli kruszywo drobne pozbawione będzie ziaren poniżej 0,25 mm. Odpowiednia ilość frakcji 0/0,25 mm jest niezbędna przy podawaniu mieszanki betonowej pompami, a przy tym ogranicza wydzielanie wody (mleczka cementowego z  mieszanki betonowej – bleeding).

5

Zjawisko bleedingu jest szczególnie niebezpieczne w przypadku betonu posadzkowego, gdyż powoduje znaczny wzrost współczynnika w/c w warstwie powierzchniowej. Wraz z wodą, na powierzchnię, może być wydzielana domieszka chemiczna np. niespalone części węgla z popiołu lotnego. Może to prowadzić do odparzenia warstwy górnej betonu. Przy stosowaniu grubych „ostrych” piasków o niewielkiej zawartości frakcji poniżej 0,25 mm należy wprowadzać do mieszanki betonowej dodatek, np. popiołu lotnego, który uzupełnia skład ziarnowy kruszywa, tak aby był spełniony warunek dobrej urabialności:

cement + dodatki mineralne+ frakcja 0/0,5 mm [%]

0,6< < 1,05

frakcja 0/2 mm [%]

Piaski dla których zawartość ziaren < 0,25 mm waha się pomiędzy 12–18% zapewniają dobrą pompowalność i ograniczają wydzielanie mleczka cementowego z mieszanki betonowej.

WODA

Woda do zapraw i betonów tj. woda zarobowa powinna spełniać wymagania normy PN-EN 1008:2004 . Woda jest potrzebna do rozpoczęcia wiązania spoiwa oraz do uzyskania przez mieszankę betonową odpowiedniej konsystencji.

Woda musi być :

• bezbarwna• nie może zawierać humusu , zanieczyszczeń mineralnych ani

organicznych• powinna mieć PH mniejsze niż 4

CEMENT

6

Cement to hydrauliczne spoiwo mineralne, które stosuje się do m.in. przygotowania zapraw cementowych, cementowo-wapiennych, betonu oraz innych produktów chemii budowlanej.

Cement powstaje z surowców mineralnych takich jak margiel, wapień i glina, które są wypalane na klinkier w piecu cementowym. Następnie mielony jest on z gipsem, pełniącym rolę regulatora czasu wiązania.

Rodzaje cementu

Cementy różnią się od siebie ilością składników głównych i dodatków – im wyższy numer, tym mniej „czystego” cementu.

CEM I (cement portlandzki) – klinkier stanowi 95-100%. Cement ten najczęściej jest wykorzystywany przy konstrukcjach stropów, nadproży i słupów, może być stosowany w niskich temperaturach,

CEM II (cement portlandzki wieloskładnikowy) – oprócz klinkieru portlandzkiego w jego skład wchodzą również inne składniki mineralne (ich zawartość waha się w granicach 6-35%). CEM II stosowany jest do przygotowania betonów zwykłych, a także cementowej zaprawy murarskiej lub tynkarskiej oraz warstw podkładowych i stabilizujących. Jego zaletą jest szybki przyrost wytrzymałości.

CEM III (cement hutniczy) – w jego skład wchodzi klinkier portlandzki oraz żużel wielkopiecowy i siarczan wapniowy. Cement ten znajduje zastosowanie przy produkcji betonów, które będą narażone na działanie kwasów humusowych i siarczanów – z tego powodu polecany jest do wykonywania fundamentów. Można go również stosować do formowania masywnych konstrukcji betonowych. Nie należy go stosować, gdy temperatura powietrza jest niższa niż 5o.Betony, do których użyto cementu hutniczego przez minimum 2 tygodnie należy obficie polewać wodą i nie dopuszczać do wyschnięcia – odpowiednia pielęgnacja zapewni odpowiednią wytrzymałość betonu,

CEM IV (cement pucolanowy) – spoiwo to otrzymuje się z klinkieru portlandzkiego, pucolany i siarczanu wapnia. Ma zbliżone

7

właściwości do cementu hutniczego i tak jak on odporny jest na negatywny wpływ środowisk o agresji kwaśnej, np. wody siarczanowe oraz charakteryzuje się niskim ciepłem hydratacji. Podobne jest także jego zastosowanie: do produkcji zapraw i tynków wykorzystywanych w podziemnych oraz nadziemnych partiach budynku,

CEM V (cement wieloskładnikowy) – składa się się z klinkieru (20-64%) i żużla wielkopiecowego (18-50%) oraz różnych dodatków. Jest odporny na wysokie temperatury oraz szybko uzyskuje pełną wytrzymałość. Wykorzystuje się go do przygotowania zapraw cementowych i betonu, zaczynów i mieszanek oraz materiałów budowlanych odpornych na ogień.

Klasy cementu

Cementy poszczególnych klas mają dodatkowe oznaczenia: A, B, C. Określają one – poza klinkierem – pozostałe składniki główne. Litera A oznacza najmniejszy udział dodatków. Na przykład CEM II A 6-20%, CEM II B 21-35% itd.

Ponadto istnieje kilka klas wytrzymałości cementu (według normy PN-EN 197-1): 32,5, 42,5 oraz 52,5 MPa. Im większe liczbowo oznaczenie, tym wytrzymałość na ściskanie jest większa. W budownictwie mieszkaniowych najczęściej stosuje się cement klasy 42,5 MPa. Każda klasa ma dodatkowy wyróżnik, który charakteryzuje dynamikę narastania wytrzymałości wczesnej: R – wysoka, N – normalna i L – niska, tylko dla cementów CEM III.

Przykłady stosowania oznaczeń:

CEM I 32,5 - cement portlandzki , klinkier 95 – 100 % , wytrzymałość na ściskanie badana na beleczkach 4 cm x 4 cm x 16 cm 32,5 MPa , niskie ciepło hydratacji , wolne narastanie wytrzymałości

CEM I 52,5 R - cement portlandzki , klinkier 95 – 100 % , wytrzymałość na ściskanie 52,5 MPa , bardzo wysokie ciepło hydratacji , bardzo szybkie narastanie wytrzymałości wczesnej

8

DOMIESZKI I DODATKI

Zgodnie z normą PN-EN 934-2 „ Domieszki do betonu, zapraw i zaczynu. Domieszki do betonu. Definicje, wymagania, zgodność, znakowanie i etykietowanie”, domieszką do betonu jest materiał dodawany podczas wykonywania mieszanki betonowej w ilości nieprzekraczającej 5% masy cementu w betonie w celu zmodyfikowania właściwości mieszanki betonowej i (lub) stwardniałego betonu.

Grupy domieszek Typy domieszek

Domieszki wpływające na reologię mieszanek betonowych

Uplastyczniające (plastyfikatory) i upłynniające (superplastyfikatory)

Wprowadzające powietrze Plastyfikujące proszki mineralne Zagęszczające – poprawiające

lepkość Stabilizujące – zapobiegające

segregacji składników

Domieszki modyfikujące ilość powietrza w zaprawach i betonach

napowietrzające

Napowietrzające GazotwórczePianotwórcze

Zapobiegające pienieniu i odpowietrzające

Domieszki modyfikujące wiązanie i twardnienie

Opóźniające wiązanie i twardnienie Przyspieszające wiązanie i

twardnienie

Domieszki powodujące pęcznieniespęczniające

Zapobiegające skurczowi w procesie wiązania i twardnienia

Działanie ekspansywne Wywołujące pęcznienie kompozytu

cementowego

Domieszki poprawiające mrozoodpornośćprzeciwmrozowe

Umożliwiające betonowanie w niskich temperaturach

Uszczelniające( redukujące przepuszczalność wody pod

ciśnieniem , obniżające nasiąkliwość)

Domieszki poprawiające odporność na czynniki mechaniczne

Zwiększające przyczepność Zmniejszające ścieralność, utwardzające powierzchnię

Domieszki poprawiające odporność na oddziaływania chemiczne

Inhibitory powierzchni stali Modyfikatory reakcji kruszywo –

9

alkaliaDomieszki poprawiające odporność

na działanie biologiczneDomieszki barwiące – pigmenty

Dodatek to drobnoziarnisty nieorganiczny składnik stosowany w  celu poprawy pewnych właściwości lub uzyskania właściwości specjalnych betonu (dodawany zazwyczaj w ilości powyżej 5 % masy cementu). Dodatek może w  znaczący sposób modyfikować właściwości, zarówno mieszanki betonowej, jak i  stwardniałego betonu. Norma PN-EN 206:2014 wyróżnia 2 typy dodatków do betonu:

• Dodatki typy I : kruszywa wypełniające pigmenty

Dodatki typu II :pył krzemionkowy popiół lotny żużel wielkopiecowy

OZNACZANIE CECH TECHNICZNYCH MIESZANKI BETONOWEJ

POMIAR KONSYSTENCJI MIESZANKI BETONOWEJ

1.Metoda opadu stożka mieszanki betonowej wg PN – EN 12350-2 : 2001 ( zalecana dla opadu stożka 1-21 cm) :

Napełnienie metalowej formy mieszanką ( formę o kształcie pobocznicy stożka ściętego o wys. 300 mm , średnicy dolnej 200 mm i górnej 100 mm wypełniamy trzema warstwami mieszanki zagęszczając każdą z nich 25 uderzeniami stalowego pręta o długości 60 cm i średnicy 16 mm , trzecia warstwa z nadmiarem przed zagęszczeniem ),

Wyrównanie powierzchni prętem do zagęszczania, Usunięcie formy ( zdecydowanym ruchem podnosząc za

uchwyty do góry), Pomiar różnicy wysokości ( w cm ) pomiędzy górną

powierzchnią formy a zdeformowanego stożka mieszanki, Dwukrotne powtórzenie czynności powyżej,

10

Miarą konsystencji mieszanki jest średnia arytmetyczna dwóch pomiarów (wynik powinien mieścić się w przedziale 1– 21 cm )

Klasy konsystencji mieszanki betonowej wg metody opadu stożka wg PN-EN 206-1:2003/A2:2006

Klasa Opad ( cm )S1 wilgotna 1-4

S2 gęstoplastyczna 5-9S3 plastyczna 10-15S4 półciekła 16-21

S5 ciekła >22

2.Metoda Vebe wg PN-EN 12350-3:2001 ( dla mieszanek betonowych z ziarnami kruszywa grubego do 63 mm ),( zalecana dla czasu 5-30 s ):

Zamocowanie cylindrycznego pojemnika na płycie stolika wibracyjnego,

11

Umieszczenie i zamocowanie formy w pojemniku, Napełnienie mieszanką betonową ( jak w metodzie stożka ), Usunięcie formy z mieszanki w czasie 5-10 s, Opuszczenie przeźroczystego krążka nad górną powierzchnię

mieszanki do momentu jego zetknięcia z mieszanką, Rozpoczęcie wibracji i włączenie stopera, Po zetknięciu się całej powierzchni krążka z mieszanką wyłączenie

stopera i stolika wibracyjnego, Czas pomiaru ( z dokładnością do 1 s ) stanowi miarę konsystencji

mieszanki.

Klasy konsystencji mieszanki betonowej wg metody Vebe wg PN-EN 206-1:2003/A2:2006

Klasa Stopień zagęszczalnościV0 ≥31V1 21-30V2 11-20V3 6-10V4 3-5

12

3.Metoda stolika rozpływowego wg PN-EN 12350-5:2001 ( zalecana przy średnicy rozpływ 34-62 cm )

Zwilżenie powierzchni płyty stolika, Centralne ustawienie formy na mieszankę, Napełnienie formy mieszanką w dwóch warstwach ( z wyrównaniem

i ubijaniem 10 x każdej warstwy specjalnym drążkiem), Odczekanie 30 s , Uniesienie formy ( w czasie 3-6 s ) za uchwyty pionowo do góry, Unieruchomienie stolika ( stoimy na przednim brzegu jego płyty

dolnej), Podniesienie górnej płyty ( ok. 4 cm ) i opuszczenie jej na próbkę

mieszanki, - czterokrotnie Pomiar ( z dokładnością do 1 cm ) długości d1 i szerokości d2

rozpływu F = ½ ( d1 + d2 )

13

Klasy konsystencji mieszanki betonowej wg metody stolika rozpływowego wg PN-EN 206-1:2003/A2:2006

Klasa Średnica rozpływuF1 ≤34F2 35-41F3 42-48F4 49-55F5 56-62F6 ≥62

14

Ćwiczenie 3

Oznaczanie konsystencji mieszanki betonowej

1.Wprowadzenie

Wykonujemy zgodnie z PN-EN 12350- 2(3,5):2001 Badanie przeprowadzamy metodą :

- stolika rozpływowego- Vebe- opadu stożka

2.Przebieg ćwiczenia Przygotowanie mieszanki betonowej, Przygotowanie urządzeń do pomiaru, Wykonanie badania, Określenie konsystencji przygotowanej mieszanki

betonowej.3.Sprawozdanie

Cel badania Opis urządzeń do wykonania badania, Protokół pomiarów, Określenie konsystencji przygotowanej mieszanki

betonowej.

Ćwiczenie 4

Badanie kruszywa metodą Los Angeles

Ćwiczenie 5

Próba rozciągania stali