beton - opi.zcu.cz · beton • cz:beton ≡ fr. béton [ hrubá malta] z latinského betunium =...
TRANSCRIPT
BETONBETON
BETON•
cz
:beton ≡
fr. béton
[ hrubá
malta]
z latinského betunium
= kamenná
maltaX
•
anglicky concrete !!!z latinského concrescere
-
tuhnouti
HISTORIE•
historie betonu sahá
až
do roku 3600 př.n.l, kdy v Egyptě
existovaly sloupy z umělého kamene•
kolem roku 1000 př.n.l stavěli Féničané
v Jeruzalémě
velké
vodní
cisterny a vodní
přivaděče=>objev
hydraulické
vlastnosti směsi vápna a sopečného tufu
•
Na tyto znalosti navazovali Řekové, kteří
ve 2. století př. n. l. začali používat novou zdicí
techniku. Masivní
zeď
byla tvořena dvěma lícovými stěnami z tesaného kamene. Různě
široká
mezera mezi nimi byla pak vyplňována litou
maltou, prokládanou lomovým kamenem. Lícové
stěny tedy plnily i funkci »ztraceného bednění«. Tento druh zdiva, nazývaný Řeky »emplekton«,nepochybně
výrazně
zracionalizoval a urychlil zdění
a lze jej považovat za předchůdce dnešního betonu.
HISTORIE
•
používání
hydraulických malt mimořádně propracovali a rozvinuli Římané
•
používali lité
zdivo
= drcený kámen nebo štěrk (jemný sopečný prášek) s maximálním zrnem obvykle do 70 mm, který byl důkladně
promíchán s maltou, skládající
se z hydraulického pojiva a písku tak, že vznikla homogenní
směs =>
po smíchání
s vodou
došlo ke ztvrdnutí
•
vzniklou betonovou maltu smíchali s
drobnými kameny či úlomky cihel a
udusali nebo nalili (resp. ručně
„uplácali“) do dřevěného bednění, případně
mezi
vnější
a vnitřní
lícní
zdivo (např. z cihel), které
tak vlastně
tvořilo “bednění”
(srovnej
s nedávnou výrobou škvárobetonu)
v mokrém stavu oproti dnešním betonům hustší
Řím 115 -
125 n.l. Pantheon
•
první
klenutá
betonová
stavba•
z vnějšku obložena cihlami a překryta betonovou kupolí
o
průměru 43,2 m
!!!•
i přes neznalost vyztuženého betonu (→malá
tahová
pevnost)
•
pevnost v tlaku i chemické
složení přibližně
stejné
jako dnes
následně
tisíciletá
doba „temna“
17.-18.století•
rozvoj průmyslové
výroby
•
pokusy o získání
hydraulického pojiva uměle (tj. smísením běžně
dostupných
surovin)•
1774 John Smeaton
–
pod vodou
tvrdnoucí
malta (maják v Eddystonu)•
1796 James
Parker
–
patent tzv.
románského cementu
(popis postupu drcení
a pálení
vápencové
suroviny s
příměsí
hliněných součástí)
•
1816 první
betonový most –
SouillacSouillac
ve Francii
•
1824 Joseph
Aspdin
–
patent na pojivo - Portlandský cement
(výsledný produkt svou
šedou barvou a pevností
připomínal portlandský vápenec)
•
1844 I.Ch.Johnston
-
nutnosti pálení
suroviny až
na mez slinutí-zdokonalení
výrobního
postupu → rozšíření
portlandského cementu•
to již
začíná
éra vodních staveb a objektů
v
oblastech se spodní
vodou•
avšak stále nevyřešena problematika nízké
pevnosti v tahu !!!
•
snaha o provzdušnění
a zeštíhlení
staveb
nutnost velké
pevnosti v tahu
J. Monier
-
tajný rakouský patent na »konstrukce ze železa a cementu pro prahy,kanály, mosty, schody a podobné
druhy«
předpjatý beton, nebo-li železobeton
•
1916 obrovské
hangáry pro vzducholodě
na letišti v
Orly u Paříže
•
1930 první
celobetonový
dům•
1970 HSC (High
Strength
Concrete) –
vysokopevnostní
betony (pevnost v tahu až
200 MPa !!!)
X(ocel ČSN 10 000 max. 490 MPa)
•
dnes dosaženo ještě
větší
pevnosti – tzv.UVPB (ultravysokopevnostní
beton)
•
1988 Japonsko –
beton SCC (Self Compacting Concrete), beton o vyšší
tekutosti oproti
tradičním betonovým směsím, bez zhutnění vyplní
prostor bednění,a to i při husté
výztuži
samozhutnitelný
beton
• na počátku 20.stol. pevnost v tahu betonu
10 –
15 MPa
• dnes pevnost až
200
MPa !!!
Most u Kalikovského
mlýna v Plzni –
největší železobetonový most v Rakousku-Uhersku
Kompozitní
stavební
materiál
PLNIVO + POJIVO
např: kamenivo (liapor, perlit, struska) recyklovaný drcený beton, písek
většinou portlandský cement
Základní
složky betonu:
Doplňkové
složky:
PŘÍSADYpráškové
látky
PŘÍMĚSY
Anorganické
pojivo (portlandský cement) Voda+ Tekutá
suspenze
Tekutá suspenze + Plnivo
(písek)Kaše
KašeVytvrzení Betonový
výrobek
•
spojení
anorganického pojiva se zrnitým materiálem je dáno adhezí jejich vzájemných povrchů
(tj. interakce mezi atomy (molekulami)
povrchů
po přiblížení
na určitou, dostatečně
těsnou vzdálenost)
•Čím větší
část povrchu pojiva a plniva se dostane do vzájemné interakce, tím je dosaženo pevnějšího
spojení
(tj. nutná
podmínka:
povrch plniva musí
být tekutým pojivem dostatečně
smáčen)
Zrna pojiva musí
být dostatečně
jemná, aby natekla do všech pórů
materiálu
Boj o póry = boj o pevnost betonu
•Pokud zůstane pór nevyplněný pojivem, pevnost výrobku rapidně
klesá.
•Velké
množství
vody v pojivu voda nateče do póru místo pojiva, ta se časem odpaří a pór zůstane nezaplněn.
Čím více pórů, tím menší
pevnost betonu !!!
Pórobeton x HSC betony
Výztuž
betonářská ocel (pruty, sítě)
předpjatá výztuž
rozptýlená výztuž (dráty, vlákna)
• většinou oceli ČSN 10 472, 10 492, 10 512
• s minimální
mezí
kluzu
360 –
400 MPa
BETONPLNIVO POJIVO
PŘÍSADY PŘÍMĚSI
VÝZTUŽ
Anorganická
pojiva•
dle aplikací:
a)
Stavební
(maltoviny) –
cementy, vápna, sádry
b)
Technická
–
vodní
sklo
•
dle prostředí, ve kterých jsou schopné
pojiva ztvrdnout:
a)
Pojiva vzdušná
–
vzdušné
vápno, sádra
-
ztvrdnou na vzduchu, nejsou odolná
vůči působení
vody
b) Pojiva hydraulická
–
cementy
-
ztvrdnou na vzduchu i ve vodě, jsou trvale odolná
vůči působení
vody
Cement•
cement (dnes prakticky jen portlandský) je práškovitá
směs řady anorganických látek o různém poměru
Umístění
různých typů
maltovin v třísložkovém
grafu podle obsahu složek:
1.
vápno
2.
hydraulické
vápno
3.
portlandský cement
4.
románský cement
5.
vysokopecní
struska
6. hlinitanový cement
Dle převažující
složky dělíme
cementy na:
a)
Cementy křemičitanové
b)
Cementy hlinitanové
c)
Cementy speciální
(např. silniční, přehradní, rozpínavé, barevné)
Křemičitanové
cementy
32322 OFeOAlSiOCaOM H ++
=
hydraulický modul
–
udává
procentuální
hmotnostní
obsah
• Portlandský cement –
MH
= 2
• MH <
1,7 –
nízká
pevnost
• MH >
2,4 –
nízká
objemová
stálost
Hlavními složkami
jsou oxidy: CaO
(60 –
69 hm. %), SiO2
(18 –
24 hm. %), Al2
O3
(4 –
8 hm. %), Fe2
O3
(1 –
8 hm. %), MgO
(méně
než
6 hm. %).
Škodlivými oxidy
jsou: oxidy alkalických kovů, SO3
–
ty negativně ovlivňují
výrobu a vlastnosti hotového cementu.
•
3 základní
složky křemičitanových
cementu:1.
alit
(především 3CaO.Al2
O3
)2.
belit
(zejména 2CaO.SiO2
)3.
celit –
spojovací
hmota s vysokým podílem
železa a s krystalickým brownmilleritem o složení
4CaO.Al2
O3
.Fe2
O3
směs těchto minerálních látek vzniká
vypálením vápence CaCO3
společně
s hlínami a jíly v rotační peci při 1 450°C
a následně
se rychle ochladí
vzniklý slínek
se rozemele na jemný prášek, k němuž
se přidává
sádrovec CaSO4
.H2
O (případně vysokopecní
struska)
16/51
Portlandský slínek•
Je směsí
krystalických i skelných (amorfních) fází
•
Identifikováno přes 20 krystalických sloučenin•
Slínkové
minerály jsou tuhé
roztoky krystalických fází
(C3
S, C2
S, C4
AF) s oxidy (MgO, Na2
O, K2
O, Fe2
O3
).•
C3
S, C2
S, C4
AF udává
barevnost cementů
(C4
AF dává
cementu šedou barvu)
Mineralogický název
Vzorec Zkrácený vzorec
Obsah (hm.%)
Alit 3Cao. Al2
O3 C3
S 44 -
77
Belit 2CaO.SiO C2
S 9 -
33
Aluminoferit vápenatý -
Celit
Světlá
mezerní
hmota (sklovina +4CaO.Al2
O3
.Fe2
O3
)
C4
AF 4 -
10
Aluminát vápenatý
Tmavá
mezerní
hmota (sklovina+3CaO.Al2
O3
)C3
A 6 -
13
Hlinitanové cementy•
Obsahují
více než
35 hm.% Al2
O3 –
dodáno vstupní
surovinou bauxitem [NaAl(OH)4
].•
Hlavním
slínkovým minerálem je: CaO.Al2
O3
•
Dosahuje, na rozdíl od křemičitanových cementů, rychleji konečné pevnosti.
•
Časem ale jeho pevnost klesá
(na rozdíl od portlandského cementu, kde s časem roste !!!) nesmí se používat pro výroby nosných konstrukcí.
•
Je odolný vůči agresivním prostředí
a vůči teplotám výroba žárovzdorných betonů.
Tuhnutí betonu•
podstatou tuhnutí
je celá
řada reakcí
cementu s vodou•
složky cementu reagují
s vodou za vzniku
tepla (tj.reakce exotermní)•
všechny reakce jsou hydratace
1) 3CaO.Al2
O3
+ 6 H2
O → Ca3
Al2
(OH)12
+ teplo
2) 2CaO.SiO2
+ x H2
O → Ca2
SiO4
.x H2
O + Ca(OH)2
teplo
3) 3CaO + SiO2
+ (x+1) H2
O → Ca2
SiO4
.xH2
O + Ca(OH)2
+ teplo
nejrychlejší
nejpomalejší
1) 3CaO.Al2
O3
+ 6 H2
O → Ca3
Al2
(OH)12
+ teplo2) 2CaO.SiO2
+ x H2
O → Ca2
SiO4
.x H2
O + Ca(OH)2
+ teplo3) 3CaO + SiO2
+ (x+1) H2
O → Ca2
SiO4
.xH2
O + Ca(OH)2
+ teplo
rych
lost
• Největší
vliv má
hydratace alitu.
• Za 28 dní
je beton uspokojivuspokojivěě
tvrdý.
•
Ve skutečnosti proces tvrdnutí
a zpevňování probíhá
neustále
a nikdy není
zcela ukončeno !
•
odlišné
rychlostí
jednotlivých hydratací
lze využít k přípravě
cementů
s různou rychlostí
tvrdnutí
•
pevnost betonu se stářím zpočátku roste rychle, později pomalu•
konečné
hodnotě
pevnosti se přibližuje až
po 10 až
20 letech !!!
•
hlavní
příčinou zvyšující
se pevnosti je neustále probíhající
hydratace•
ustálení
nastane: -
podle druhu cementu
-
podle okolního prostředí•
se stářím ale může dojít i k poklesu pevnosti, ke zvratu a novému růstu, avšak pevnost trvale roste
•
příčinou pozdějších změn mohou být: -
tvorba trhlinek
-
rozpínání
(u objemově
nestálých cementů)-
únava v tahu (opakované
účinky mrazu a změn vlhkosti
•
u betonů
vlhčených nebo chráněných před vysycháním roste pevnost dlouho(17 až
20 let !!!)
Xu betonů
chráněných před vlhkostí
a nebo v budovách vytápěných se růst
brzy zastaví
Růst pevnosti betonu se stářím ve srovnání
s jeho minimální, průměrnou a maximální pevností
za 28 dní
Proměna poměrné pevnosti se stářím:
A -
uložení
ve vlhkém prostředí
B -
uložení
v suchém prostředí
C -
při trvalém zatížení
D1-
při postupném zvětrávání
D2 -
vyluhování
Z praktické
stránky je důležité
vše, co má
vliv na růst pevnosti do stáří
28 až
90dní, protože ta je pro využití
staveb rozhodující.
Největší
význam mají: • vlastnosti cementu
• poměr mísení
• vodní
součinitel
• způsob uložení
• vlhkost
• teplota prostředíRůst pevnosti se stářím
ve srovnání
s jeho pevností
za 28 dní
pro tři různé
konzistence betonové
směsi a dva druhy cementu
Vliv teploty•
nejvýznamnější
vliv, nejhůře simulovatelné, špatné
odvození
závislostí
(Složitost se zvětšuje různým množstvím cementu, jehož
hydratace je sama zdrojem oteplování, různou tepelnou citlivostí
cementů
různých značek a druhů, ale i velikostí
těles, protože i při velké
vodivosti čerstvého betonu je doba potřebná
ke sdělení
změny teploty všemu betonu velmi různá
a to je příčinou složitých změn při průběhu hydratace. Kromě
toho rozdíly teploty povrchových vrstev a jádra, jež
jsou důsledkem šíření
změn teploty, způsobují
napětí, která
mohou soudržnost neztvrdlého betonu, a tím i pevnost a její
další
vzrůst změnit. Proto se výsledky zkoušek vlivu teploty na malých tělesech v laboratořích neshodují
s chováním betonu v díle, a proto se také
liší
výsledky zkoušek nejen co do velikosti, ale často i co do znaménka rozdílů. Nejnepříznivěji se ovšem uplatňují
všechny náhlé
změny teploty (šoky)).
Pevnost v čase se vyvíjí
příznivě, jestliže po počátečním tvrdnutí
při nižších teplotách následuje
tvrdnutí
při teplotách vyšších.
Srovnání
růstu pevnosti betonů
z cementu portlandského (vlevo) a hlinitanového (vpravo) při teplotách nižších a vyšších, než
je teplota
normální.
Beton z cementu
portlandského
Beton z cementu
hlinitanového
Vliv vlhkosti•
při vlhkém uložení
a ve vlhkém prostředí
vzrůstá
pevnost s časem
(dochází
k prodlužování
procesu hydratace)
•
tvrdne-li beton v suchém prostředí, probíhá
hydratace neúplně, nebo se úplně
zastaví
→ pevnost se zastaví
na hodnotě
získané
počátku,
kdy bylo vody dostatek
•
pevnosti betonu uloženého na vzduchu jsou tím menší, čím je menší nasycení
vzduchu parami ( AVŠAK POZOR !!! na vzduchu s vlhkostí
100% je pevnost nižší
(o 10%), než
při uložení
ve vodě)
•
pro konečnou pevnost je důležité, jak dlouho se udržuje vlhčení betonu zpočátku jeho tvrdnutí.
Vliv času
Jsou-li betonové
konstrukce vystaveny povětrnostním vlivům, tvrdne beton za
opakované
rozmanité
proměny teploty a vlhkosti. S rostoucím stářím
se vliv těchto změn
na jeho pevnost postupně
zmenšuje, až nakonec zaniká. Proto se pevnost betonu
různého stáří
ustaluje na různých hodnotách a její
proměnu lze považovat za funkci času
•
Z hlediska pevnosti jsou portlandské
cementy rozděleny do pevnostních tříd (ČSN EN 197).
Označení
R charakterizuje cementy s vysokou počáteční
pevností.
Třída Pevnost v tlaku [MPa] Počátek tuhnutí
[min.]2 dny 7 dní 28 dní
22,5 - ≥
13 ≥
22,5≤
42,5 ≥
60
32,5 - ≥
16 ≥
32,5≤
52,5 ≥
60
32,5-R ≥
10 - ≥
32,5≤
52,5
42,5 ≥
10 - ≥
42,5≤
62,5
42,5-R ≥
10 - ≥
42,5≤
62,5
52,5 ≥
20 - ≥
22,5 ≥
45
52,5-R ≥
30 - ≥
22,5
•
při stavbě
objemných přehradních zdí
je požadováno pozvolné
tuhnutí, neboť
je nutné
aby uvolňované
teplo stavbu příliš
nepřehřívalo
použití
cementů
s nízkým obsahem 3CaO.Al2
O3
rychletvrdnoucí
cementy → zvýšení produktivity práce (bednění
lze odstraňovat
rychleji)
Bednění•
Bednění
je pomocná
konstrukce vytvářející
formu pro uložení
výztuže a
čerstvého betonu při výrobě
betonových a železobetonových konstrukcí
•
opakovaně
užité:
systémové, tesařské•
jednorázově
užité:
-
odbedňované
-
ztracené
(neodbedňované)
•
Bednící
plášť
je plocha bednění, která
je v přímém styku s uloženou betonovou směsí
(prkna, vodovzdorná
překližka, laťovka, třívrstvá
deska)
27/51
Struktura betonu je otiskem pláště
Koroze betonu
•
Ve vodním prostředí
může probíhat rozpouštění
Ca(OH)2
, čímž
dojde ke zvýšení
již
tak dost vysoké
pórovitosti betonu.
To může
(ale nemusí) mít za následek snížení
jeho pevnosti.
•
V kyselých roztocích dochází
také
navíc k rozpouštění hydratovaných křemičitanů
a hlinitokřemičitanů, což
může
opět vést ke snížení
pevnosti betonu.•
Rychlost koroze se odvíjí
od složení
vody;
nejagresivnější
jsou vody s vysokým obsahem CO2
, vody kyselé, s vysokým obsahem chloridových iontů, vody s nízkým obsahem solí
(Ca, Mg) a vody s vysokým obsahem síranových iontů.
Silniční
stavby x posypová
sůl !!!
•
síranové
ionty –
tzv. síranová
koroze; vytváří
se nová
fáze, jejíž
vznik je doprovázen značnou objemovou expanzí
⇒
destrukce betonové
konstrukce
Ochrana betonových konstrukcí
1) 3CaO.Al2
O3
+ 6 H2
O → Ca3
Al2
(OH)12
+ teplo2) 2CaO.SiO2
+ x H2
O → Ca2
SiO4
.x H2
O + Ca(OH)2
+ teplo3) 3CaO.
SiO2
+ (x+1) H2
O → Ca2
SiO4
.xH2
O + Ca(OH)2
+ teplo
pokud slínek
obsahuje dikalciumsilikát
2CaO.SiO2
,
nebo trikalciumsilikát 3CaO.SiO2
vzniká
reakcí
s vodou hydroxid vápenatý
Ca(OH)2
pH
Ca(OH)2
= 12 –
13 …velmi alkalické
prostředí
bezpečná
ochrana ocelové
výztuže v betonu
opravdu bezpečná
???
→→
problprobléém karbonatacem karbonatace
–
působením kyselých plynů, zejména vzdušného CO2
difuzní
průnik do pórů
betonu
CO2
+ Ca(OH)2
+ H2
O = CaCO3 + …
snížení
alkality na pH
= 10
!!!
ve vodě nerozpustný,
„návrat k přírodnímu
stavu“
→ ztráta přirozené
ochrany výztuže…
Ochrana betonových konstrukcí
1. Primární
(tzv.vnitřní) 2. Sekundární• vhodná
volba cementu (pojiva)
• kvalita vody, kvalita kameniva
•
používá
se také
u již
porušených konstrukcí
• penetrace, různé
nátěry
•
nátěry musí
mít odolnost a difůzní otevřenost
vůči vodním parám, ale
zároveň
musí
mít nepropustnost
vůči CO2
•
ochrana betonového povrchu nátěry (syntetické
polymerátové, alkydové,
epoxidové, polyuretanové, akrylátové)
polystyren, chlorkaučuk: ochrana bazénů
••
AlkydovAlkydovéé
nnááttěěry:ry:
- poměrně
měkké-
úprava svislých, méně
namáhaných ploch
(bazény, silážní
jámy, odpadní
jímky,…)••
EpoxidovEpoxidovéé
pryskypryskyřřice: ice: -
nejpoužívanějším typem pojiv pro nátěry na
beton-
vysoká
mechanická
a chemická
odolnost
(avšak na světle mají
sklon ke ztrátě
lesku a křídování)-
i pro dekorativní
účely
••
PolyuretanovPolyuretanovéé
nnááttěěry:ry:
a) jednosložkové-
vytvrzované
vzdušnou vlhkostí
(pozor při
skladování!!!)-
vynikající
mechanická
a chemická
odolnost,
odolávají
povětrnostním vlivůmb) dvojsložkové-
vynikající
mechanická
a chem.odolnost
-
díky tvrdidlu odolávají
povětrnostním vlivům
•
vlastní
beton se připraví
smícháním cementu s vodou a pískem (event. hrubým kamenivem)
•
aby proběhla hydratace, je nutné
minimální
množství vody
Příprava betonu
pokud málo vody → nízká
pevnost betonu
pokud přespříliš
vody → 1. nízká
pevnost
2. při vysychání velké
smršťování
a vznik trhlinek
•
použité
množství
vody je tedy kompromisem
mezi požadovanou pevností
hotového betonu a
zpracovatelností
mokré
betonové
směsi•
hmotnostní
poměr vody/betonu = 0,45 –
0,55
•
beton vždy obsahuje určitý podíl vzduch→záměrné
vnášení
vzduchu → lepší
izolační
vlastnosti•
objemový poměr písek : cement = 2,3 : 1
•
dodáním hrubého kameniva lze snížit množství cementu
•
zrnitost kameniva 4-8 mm→snížení
cementu o 100 kg na m3 (dokonce lepší
beton než
při použití
písku)
•
kolik vody?
…ve spádové
míchačce by se měl převalovat, po vysypání
musí
tvořit kužel
bez odlučování
vody •
(řidký beton odlučuje vodu, po vytvrdnutí
je prašný, tvorba
trhlin, drolí
se, je velmi nasákavý -
↓
mrazuvzdornosti)
•
mrazuvzdorný beton
– buď
dokonale hutný, nebo prostoupen vzduchovými póry do 0,25 mm (speciální
provzdušnovací
přísady,
JAR)•
uložení
do konstrukce co nejdříve
po
vyrobení
+ nutnost zhutnění
(zhutnění
= vypuzení
velkých vzduchových bublin, lze
nahradit řidším betonem)
•
1% velkých vzduch.bublin = ↓
pevnosti o 6%•
10% vzduch.bublin = ↓pevnosti o ½ !!!
•
během zrání
betonu nesmí
dojít k jeho vyschnutí
(zastavení
chemických reakcí)
zvláště
u tenkých desek (překrytí
PE folií)
•
optimální
teplota výroby a pokládky betonu +15°C -
+ 25°C
(pod +5°C se zastavuje
tvrdnutí
betonu)
•
pokud pokládáme pod +5°C, nutno aby směs měla alespoň
+10°C
ŽELEZOBETONPevnost v tahu betonu = 1/6 až
1/10
pevnosti v tlaku(heterogenní
struktura a
přítomnost pórů)
vyztužení
ocelovými tyčemi, dráty, rohožemi
dnes: polymerní
vlákna (odolnost vůči korozi)
beton odolává
velkému namáhání
v tlaku, ocelový prut zajišťuje pevnost při
namáhání
v tahu
Struktura betonu:
obsahuje mnoho dutin a pórů
(černé
plochy)
=
příčina křehkosti
•
ocelová
výztuž
pomáhá
odolávat tahovému zatížení•
výhodnější
varianta:
kovová
výztuž
se předepne → struktura betonu je vystavena TLAKU•
dva způsoby předepnutí:
1)
výztuž
se napne do rámu ještě
před ztuhnutím betonové
směsi; po ztuhnutí
betonu se z rámu uvolní
2)
vyrobí
se betonový díl s podélnými kanálky, kterými se protáhnou ocelové
tyče, předepnou a nechají
se v trvale přepjatém stavu po
celou dobu životnosti konstrukce
oba materiály –
beton i ocel mají stejnou tepelnou roztažnost !!!
Předválečné
opevnění
ČSR (1934-1938)
Vzor 36
Vzor 37
•
1-2 lehké, nebo těžké
kulomety byly zalafetovány
v ocelolitinových
střílnách
•
zalomený vstup byl opatřen mříží
a pancéřovými dveřmi•
osádka: 5 –
7 mužů
•
konstrukce objektu: ŽELEZOBETONOVÁsíla stropu a čelní
stěny: 80 mm, nebo 120 mm
(normální, zesílená
odolnost)
ze strany nepřítele pevnůstka opatřena kamennou rovnaninou a zemním záhozem
normální
verze odolávala zásahům střel ráže 105 mm
zesílená
verze odolávala zásahům střel ráže 155 mm !!!!
Lehké
opevnění
vzor 37(řopíky)
•
za pouhé
tři roky vybudováno:-
přes 10 000 lehkých objektů
-
226 těžkých objektů-
rozestavěno 9 tvrzí
Konec železobetonu ?Schématické
znázornění
polymerního betonu: písková
zrna jsou spojena polymerním pojivem
(např. epoxidovou pryskyřicí); neobsahuje
žádné
dutiny →
ohybová
pevnost se blíží
běžným ocelím
-
materiál na pražce vysokorychlostních kolejí
běžný beton
Konec železobetonu ?Silniční
most poblíž
severošpanělského letiště
Asturias
Airport
Nosníky nejsou vyrobeny z železobetonu, ale z lehkého
uhlíkového kompozitního materiálu
+ : -
nízká
hmotnost (jen 15% hmotnosti železobetonu)
-
jednoduší
a rychlejší
stavba (usazení
nosníků
jen za 3 dny x měsíce)
- levnější
-
nekorodují
(sůl z posypu vozovky)
kompozit = směs dvou a více různých materiálů
(polymer + určitý druh vláken; vlákna
uhlíková
(nejdražší), skleněná
(nejlevnější))
Žárobeton
•
žáruvzdornost…..deformační
teplota alespoň
1580°C → u betonu pokud je odolný teplotám nad 200°C = žárobeton
obecně
Beton při vysokých teplotách
Rozklad hydratačních produktů
betonu
Rozpad kameniva
Kamenivo:Kamenivo:
-
do 700°C……..přírodní
kamenivo, nesmí
se smršťovat a měnit své
mechanické
vlastnosti (čedič, diabaz, andezit)
-
nad 700 °C……umělé
kamenivo
nevhodné: žula, křemenná
kameniva!!! → pukají!!!
Kameniva: -
800 až
1000°C……..drcený keramický střep, drcenou pomalu chlazenou
vysokopecní
strusku-
nad 1000°C…………drcený šamot, korund, karborundum, drcený bauxit…
HUTNÉ
ŽÁROBETONY
LEHČENÉ
ŽÁROBETONY
objemová
hmotnost vyšší
než 1500 kg/m3
objemová
hmotnost nižší
než 1500 kg/m3
Kameniva:
-
lehká
kameniva (keramzit, křemelina, lehčený šamot, expandovaný perlit, drcená
pemza)
Hydraulická
pojiva žárobetonu:nejvhodnější: hlinitanový cementnejméně vhodný: portlandský cementoptimální: směsný cement (málo portlandského slínku, více příměsína bázi popílku, strusky,…)
Proč
ne portlandský cement ?
-
po ztrátě
chemicky vázané
vody (vázané
v hydratačních produktech) podléhá teplotnímu rozpadu
Jak zvýšit teplotní
odolnost ?
- přidáním jemného cihlářského prachu, šamotového prachu, elektrárenského popílku, jemně
mletého chromitu, jemně
mleté
vysokopecní
strusky
Jak vyrobit žárobeton s vysokou chemickou odolností
?
- přidáním sodného vodního skla (Na2
0 . nSiO2
)
•
žáruvzdorný beton se vyrábí
stejným postupem jako normální
beton
•
nutno počítat s rozdílnou tepelnou roztažností (vysokou) jednotlivých částí
konstrukce → nutno
dělat spáry
•
každý žárobeton nutno vypálit prvním pomalým ohřevem
Samozhutňující beton•
SCC (Self-compacting concrete)
•
jedná
se o extrémně
ztekucený beton (ztekucovače na
bázi polykarboxylových éterů)
•
nelze použít na všechny betonové
konstrukce !!!
+ : -
snadné
čerpání
a lití
-
snadné
vyplnění
bednění
a forem
- netřeba vibračního zařízení
→ zlepšení
hygieny práce
-
ekonomická
úspora
-
dokonalý vzhled výrobku bez povrchových vad, pískových hnízd, povrchových bublin
•
nutno
dodržet technologické
zásady-
„krvácení
betonu“
•
nutno
použít těžené
kamenivo (drcené
zhoršuje tekutost)
•
nutný
obsah jemných částic o velikosti zrn do 0,125 mm (příměs kvalitního popílku, kamenné
moučky)
•
výroba pouze
v míchačkách s nuceným oběhem (ne ve spadových –
problém konzistence polykarboxylátu,
nutno intenzivně
míchat ďelší
dobu)
•
srovnatelná
odolnost s běžnými betony, nižším odolnost než
betony vysokopevnostní
•
negativní
vliv chemických rozmrazovačů
!!!
Beton a žula pro průmyslové
využití•
Využití
pro výrobu loží
a rámů
obráběcích strojů.
•
Při HSC obrábění
extrémní
hodnoty otáček vřetene a posuvových
rychlostí
posuvová
rychlost = 50 –
60 m/min.rychloposuv = 100 m/min.zrychlení
(zpomalení) = násobky gravitačního zrychlení
Nutnost zachycení
řezných a setrvačných sil, schopnost absorbovat rázy a chvění.
Tlumení•
Poměrné
tlumení:
-
litina D= 0,004-
ocel D= 0,002
-
reálné
tlumení
mezi litinou a obrobkem D= 0,04 –
0,06-
Hydrobeton
D= 0,02 –
0,03
Proč
tlumit?
Urychlováním a zpomalováním vznikají
rázy, které
rozechvívají
celý stroj, což
má
vliv na přesnost obrábění
a dále dochází
k přenosu tohoto
chvění
do základu a tím k ovlivnění
stability stroje.
Hydrobeton•
Jako výplň
jednoduchých svařovaných ocelových loží
⇒
zvýšení
tuhosti, hmotnosti, součinitele poměrného tlumení.
•
Součinitel teplotní
roztažnosti podobný jako ocel, ale mnohem nižší
koeficient tepelné
vodivosti
(λbeton
=1 –
2 W.m -1.K-1, λocel
s 0,2% C
= 50 W.m -1.K-1
)
Dobré
izolační
vlastnosti –
omezení
přestupu tepla.
Přidávány speciální
příměsi pro zvýšení
objemu při tuhnutí.
Hydrobeton
•
Malá
odolnost vůči působení
olejů, solí
a jiných chemikálií
⇒ nutno povrch betonu ošetřit speciální
nátěrem.•
Pokud je nutné
zlepšit vlastnosti betonového lože v tahu
i ohybu ⇒ nutné
vytvořit železobeton.
Polymerický betonPolymerický beton –
někdy též
minerální
litina
Pevnost 2 –
5x vyšší
než
u hydrobetonu.
Odolnost vůči solím, chemikáliím, povětrnostním vlivům.
Přírodní
štěrk, umělá
keramika
Velikost částic 0 –
42 mm.
Syntetické pojivo+
6 –
10 hm.%.
MícháníTužidlo
Lití
Tuhnutí
5 –
10 min.
Polymerický beton =
Minerální
kompozit
Umělá
pryskyřice
Minerální
plnivo o různé
zrnitosti
•
Výrobky z minerálního kompozitu jsou zhotovovány za pokojové
teploty odléváním do rozebíratelných forem
•
tyto formy jsou umístěny na vibračních stolech -
> vyšší zabíhavost a zhutnění
•
vytvrzování
probíhá
na základě
exotermní
reakce umělé pryskyřice, při níž
se odlitek ohřeje na teplotu max.60°C
• po několika hodinách je odlitek připraven k odformování
• ke konečnému vytvrzení
dochází
cca týden po odlití
Plnivo:
• zrnitost 0 –
16 mm
• 80 % celkového objemu směsi
• největší
vliv na kvalitu a výslednou strukturu minerálního kompozitu
•
nejlepších mechanických vlastností
vykazuje kompaktní
struktura s co možná
největšími zrny
!!!
•
maximální
velikost zrna je ovlivněna tloušťkou stěny, která
může být pěti až
osmi násobkem maximální
velikosti zrna
• čedič, žula, křemenec, basalt, slída, živec, sklo, šedá
litina, ocel
Pojivo:
• je dvoukomponentní
–
pryskyřice + tvrdidlo
•
pro dosažení
optimálních mech. Vlastností
by měl být celkový podíl pojiva co možná
nejnižší
–
v praxi cca 20 %
• nejčastěji epoxidová
pryskyřice
•
pojivo na bázi epoxidové
pryskyřice ztrácí
při teplotě
75°C své
mechanické
vlastnosti =>
odlitky není
možno používat do
teplot vyšších než
75°C !!!
•
GRANITAN S 100•
Pojivo: epoxidová
pryskyřice
•
Plnivo: pazourek, gabro, diorit, diabas….nerosty s vysokou pevností, s velkou hustotou, isotropní
strukturou.
•
Zrnitost plniva: 0,2 –
16 mm•
Zalévání
prvků
strojů
podobně
jako u hydrobetonu.
•
Taktéž
možnost vytvoření
předpjatých konstrukcí
-
vysoká
pevnost v tlaku
-
velmi dobrá
přilnavost k ocelovým materiálům
- součinitel tepelné
roztažnosti o 30% vyšší
než
ocel
-
vysoké
vlastní
tlumení
(40x větší
než
ocel, 30x větší
než
litina)
-
velká
odolnost vůči solím, kyselinám apod.
-
jednoduchá
technologie výroby –
„lití
za studena“
Výroba loží, stojanů, příčníků
ve formě
monolitických bloků.
Výrobci: Mikrosa, Schaudt, Studer, Colchester
–
lože u brusek
Schneeberger, MBA, Epucret
–
výrobci směsí
a dílů
•
Odlitky z minerálního kompozitu tlumí
rázy a chvění
8x rychleji než
odlitky ze šedé
litiny =>
zvýšení
kvality povrchu obrobku a
zvýšení
životnosti nástrojů
až
o 30%.
• Pokles hlučnosti stroje
•
O 20% pokles velikosti vibrační
amplitudy –
vyřešení
problému rezonance
• Nepodléhá
korozi
• poškození
lze snadno opravit –
lepením, nebo odlitím
• lepení
jednotlivých dílů
=>
vysoká
konstrukční
variabilita
Přírodní
žula -
Granit•
Vhodně
opracované
monolitní
bloky z přírodní
žuly
•
Původ: převážně
Jižní
Afrika•
Použití: pro velmi přesné
a citlivé
stroje, měřící
přístroje
•
Stoly a pravítka přesných souřadnicových měřicích strojů a speciálních, vysoce přesných obráběcích strojů
(především souřadnicových vyvrtávaček) •
Laboratorní
technika
•
Většinou nepohyblivé
stoly, lože, příčníky.
Otázky1.
Historie a vývoj betonu.2.
Složení
betonu.3.
Cement –
druhy a složení
jednotlivých typů
cementů;
slínek.4.
Tuhnutí
betonu –
popis, význam a podstata reakcí.5.
Vliv prostředí
na pevnostní
charakteristiky betonů
–
vlhkost, teplota, čas.6.
Značení
betonů.7.
Funkce a druhy bednění.8.
Koroze betonu.9.
Ochrana betonových konstrukcí.10.
Výroba a pokládka betonů.11.
Železobeton –
funkce, použité
materiály, způsoby výroby.12.
Náhrada železobetonu.13.
Žárobetony –
vlastnosti, složení.14.
Samozhutňující
beton –
výroba, vlastnosti, výhody.15.
Beton a žula pro průmyslové
aplikace –
typy používaných materiálů, účel použití, vybrané
vlastnosti použitých materiálů.16.
Polymerický beton –
vlastnosti, složení, způsob použití