Beton helyszíni vízzáróság vizsgálata

Átírás

1 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Építőmérnöki Kar Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék Beton helyszíni vízzáróság vizsgálata Tudományos Diákköri Dolgozat Készítette: Simon Csaba III. évf. hallg Szücs András Gábor III. évf. hallg. Konzulens: Dr. Borosnyói Adorján egyetemi adjunktus Budapest, november 11.

2 TARTALOMJEGYZÉK 1. BEVEZETÉS Előzmények A dolgozat célja IRODALOMKUTATÁS Általános betonismeret A beton fogalma A beton alkotórészei Az adalékanyag A kötőanyag A víz A levegő Adalékszerek A beton hibái és a mai betontechnológia jellemzői A betonok tulajdonságai Vízzáró beton Az vízzáró beton fogalma, definíciója A beton és a betonból készített szerkezet vízzárósága A vízzáró betonból készített szerkezetek A vízmolekulák mozgása a betonban A vízzáró beton alapanyagai A cement Az adalékanyag Az adalékszer A beton összetétele A vízzáró beton készítése A beton repedezése A repedezés okai Plasztikus zsugorodási és plasztikus ülepedési repedések Közvetlen teher okozta repedezés Alakváltozásokból származó repedések A repedezés illeszkedése a vasaláshoz A repedezés következményei Minőségbiztosítás, minőségtanúsítás Vizsgálati módszerek: Szabvány -31-1

3 3. KISÉRLETEK FELDOLGOZÁSA Kísérletek megtervezése A GWT-4000 műszeregység bemutatása A kísérletek megtervezése Vizsgálatok Értékelés Jövőbeni kutatások ÖSSZEFOGLALÁS KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS HIVATKOZÁSOK SUMMARY IN ENGLISH -50-2

4 1. BEVEZETÉS 1.1. Előzmények Napjainkban az egyik legfontosabb építőanyag a beton. A ma épülő mérnöki létesítmények nagy részéhez nélkülözhetetlen. Széleskörű alkalmazásából adódóan, a felhasználástól függően a betonnak különböző követelményeket kell teljesítenie. Ilyen követelmény lehet egy út esetében a fagyállóság, alaptestek esetében -ha agresszív talajvíz veszi körül- a szulfát állóság, egy atomerőmű esetében a káros sugárzások leárnyékolása, nagy mechanikai igénybevétel esetén a megfelelően nagy szilárdság stb. Ezen igények közé tartozik a vízzáróság is, amellyel kapcsolatban itt rögtön a dolgozat elején szeretnénk megjegyezni, hogy teljesen vízzáró beton nincsen, a beton vízzáróságán csupán a víz áthatolásával szembeni ellenállás nagyságát értjük. Ennek mértéke minden vízzel kapcsolatba kerülő betonfelület esetében fontos lehet, különösen azoknál a létesítményeknél, ahol a betonfelületet támadó víz túlnyomás alatt van például gátak, hidak, pincefalak, mélygarázsok stb. esetében. Jelentősége az acélbetétek korrózió elleni védelme miatt is nagy. A beton vízzáróságának mértéke, több tényezőtől függ. Ezek közül a legfontosabb a keverék, az adalékanyag szemeloszlási görbéje folytonos kell, hogy legyen, nem lehetnek lépcsők a frakciók között. Fontos befolyásoló tényező még a helyszíni bedolgozás módja és a beton utókezelése. Ha nincs kellőképpen betömörítve a keverék, a nagy porozitás miatt a vízzáróság is rossz lesz. Ugyanakkor ha túlvibrálják a frissbetont, a keverékben található adalékanyag frakciók szétosztályozódnak és ebben az esetben is rossz vízzáróságú betont kapunk. A vízzáróságot szabványos vizsgálattal nem lehet a helyszínen meghatározni, hanem a szerkezethez alkalmazott betonból próbatesteket kell készíteni, melyeket azután hosszadalmas (több napig tartó) laboratóriumi vizsgálatok segítségével lehet vízzárósági osztályokba sorolni. Ennek a vizsgálati módszernek legnagyobb hátránya, hogy nem a megépült szerkezetet vizsgálja, hanem a gondosan elkészített próbatesteket. A szabványos vizsgálat során, a próbatestek egyik felületét szabványos mértékben víznyomás alá helyezik és meghatározott idő elteltével a próbatestet kettéhasítva lemérhető a víz behatolásának mélysége. Felmerül az igény egy olyan vizsgálati módszerre is, amellyel a tényleges szerkezet is vizsgálható. Dolgozatunkban először áttekintést adunk általánosan a betonról és a vízzáróságot befolyásoló tényezőkről, ezután egy olyan vizsgálati módszert mutatunk be, amely alkalmas arra, hogy a szerkezet vízzáróságát közelítőleg meghatározhassuk A dolgozat célja A dolgozat elsődleges célja, a beton időigényes, szabványos laboratóriumi vízzárósági vizsgálata és egy egyszerűbb, gyors helyszíni vizsgálat közötti kapcsolat meghatározása. A cél egy olyan összefüggés felállítása volt, amely a két vizsgálat kimeneti értékeit párosítja össze, és ezzel a helyszínen is végrehajtható vizsgálattal meghatározhatóvá teszi a betonszerkezet vízzárósági fokozatát. 3

5 2. IRODALOMKUTATÁS 2.1. Általános betonismeret A beton fogalma A beton mesterséges építőanyag, amelyet kötőanyag, víz, adalékanyag és esetleg adalékszer keverékéből állítanak elő. Készítéskor lágy, alakítható, majd a kötőanyag és a víz közt meginduló fizikai és kémiai folyamatok hatására előbb megköt, majd fokozatosan szilárdul és mesterséges kővé alakul. (Balázs, 1994; Mindess, Young, 1981). A mérnöki gyakorlatban egyéb kötőanyaggal, pl. műgyantával vagy bitumennel készített betonokat (plasztbeton, aszfaltbeton stb.) is alkalmaznak, de mi kizárólag a cement kötőanyagú betonokkal foglakozunk A beton alkotórészei A beton alkotórészei, alapanyagai: a kötőanyag, a víz, az adalékanyag, az adalékszer és a hézagokat kitöltő levegő. (Palotás Balázs, 1980). A betonban a négy alkotó mindegyikének más a feladata Az adalékanyag Az adalékanyag tölti ki a beton térfogatának legnagyobb részét és alkotja annak szilárd vázát. (Ujhelyi, 1973) A beton- és habarcstechnológiában adalékanyagnak a természetes és mesterséges eredetű, a természetben aprózódott, vagy iparilag aprított (tört), esetleg granulált szemhalmazokat nevezzük, amelyek a kötőanyagon, a vízen, az adalékszeren kívül a betonok és a habarcsok fő alkotórészei, és összességükben a betonok és habarcsok üregmentes térfogatának legalább %-át kitöltik. A beton adalékanyag legnagyobb szemnagysága nagyobb, mint 4 mm, általában legalább 8 mm. Az adalékanyag kiszárított állapotban, testsűrűsége szerint nehéz (sugárvédő) adalékanyag (> 3000 kg/m 3 ), vagy közönséges (normál) adalékanyag ( kg/m 3 ), vagy könnyű adalékanyag ( 2000 kg/m 3 ). Az adalékanyagot akkor is könnyűnek tekintik, ha laza, kiszárított állapotban mért halmazsűrűsége nem több, mint 1200 kg/m 3 (MSZ EN 206-1:2002). A különleges tulajdonságú betonban betöltött szerepe alapján beszélünk különleges adalékanyagról. A közönséges (normál) adalékanyag általában természetes, ritkán mesterséges eredetű. A természetes eredetűek kőzetek, a mesterséges eredetűek ipari hulladékok: A legelterjedtebben használt természetes eredetű beton és habarcs adalékanyag a laza törmelékes kőzetek csoportjába tartozó homok, kavics, homokos kavics, amely a víz (ritkán a szél, esetleg a gleccser) szállító hatására, természetes módon aprózódott, ezért általában törés nélkül, mosás és osztályozás után, ritkábban ezek nélkül is alkalmas beton és habarcs készítésére. A homok szemnagysága kisebb, mint 4 mm. Kvarctartalma általában több, mint 70 tömeg%. A kvarc kísérő ásványai a földpátok, muszkovit (csillám), biotit, gránát, amfibol, piroxén, kalcit stb. Ha a homok élő vízfolyásból származik, akkor folyami homok (szögletes szemalakú), ha egykor volt vízfolyás hordaléka vagy tó partján 4

6 található, akkor bányahomok (gömbölyű szemalakú), ha szélhordta, akkor futóhomok a neve. A kavics szemnagysága nagyobb, mint 4 mm. Összetétele az anyakőzet összetételétől függ, így lehet például kvarckavics, andezitkavics, gránitkavics, mészkőkavics stb. A kavics a víz görgető munkája hatására legömbölyödött, és a homokhoz hasonlóan lehet folyami kavics vagy bányakavics. A kavics önmagában ritkán, általában homok jelenlétében fordul elő, ilyenkor homokos kavicsnak nevezzük. A homok, kavics, homokos kavics kitermelése többnyire víz alól, kotrással történik, kivéve a kis mélységű homok előfordulásokat, valamint a futóhomokot. Összetöredezett, természetes aprózódású, szögletes szemalakú, laza törmelékes kőzet a murva (például dolomitmurva, gránitdara), amely ha időálló, akkor törés nélkül, közönséges (normál) adalékanyagként beton készítésére alkalmas lehet. Aprítani (törni, zúzni, őrölni), majd osztályozni kell a robbantással kitermelt (jövesztett) mélységi (például gránit), kiömlési (például bazalt, andezit, dácit, riolit, diabáz), összeálló törmelékes (például grauwacke), vegyi üledékes (például tömött mészkő, dolomit) kőzetekből származó adalékanyagot, amelynek szemalakja szögletes. A szemnagyságtól függően zúzottkőnek, kőpornak (legnagyobb szemnagysága legfeljebb 4 mm), kőlisztnek (legnagyobb szemnagysága legfeljebb 0,63 mm) nevezzük. A kőpor és a kőliszt anyaga általában mészkő vagy dolomit. Aprítani (törni, zúzni, őrölni), majd osztályozni kell a robbantással kitermelt (jövesztett) mélységi (például gránit), kiömlési (például bazalt, andezit, dácit, riolit, diabáz), összeálló törmelékes (például grauwacke), vegyi üledékes (például tömött mészkő, dolomit) kőzetekből származó adalékanyagot, amelynek szemalakja szögletes. A szemnagyságtól függően zúzottkőnek, kőpornak (legnagyobb szemnagysága legfeljebb 4 mm), kőlisztnek (legnagyobb szemnagysága legfeljebb 0,63 mm) nevezzük. A kőpor és a kőliszt anyaga általában mészkő vagy dolomit. Mesterséges eredetű, közönséges (normál) adalékanyag az építőipari bontási törmelék, mint a betontöret, esetleg a vegyes (beton + tégla) töret. Az adalékanyag jellemzése eredete, ásványi vagy kémiai összetétele, hidrotechnikai tulajdonságai (például vízfelvétel), szilárdsági, kőzetfizikai tulajdonságai, szemszerkezete (szemmegoszlás, szemalak, érdesség), időállósága, tisztasága alapján történik. A beton adalékanyaga általában többféle szemhalmaz (frakció) keveréke. (Kausay, 2003a) A kötőanyag Kötőanyagnak a különféle építési célú keverékek aktív összetevőit nevezzük, amelyek fizikai vagy kémiai folyamat révén tartós kohéziót adnak az inert adalékanyag, a kötőanyag és egyéb anyagok (leggyakrabban víz) keverékéből előállított építőanyagnak. A kötőanyagokat többféle szempont szerint lehet csoportba sorolni, a kötőanyag lehet: természetes (pl. agyag, bitumen, gyanta), mesterséges (pl. égetett mész, gipsz, magnézia, cement, kátrány, műanyag); szervetlen (pl. agyag, mész, gipsz, magnézia, cement), szerves (pl. bitumen, kátrány, enyv, gyanta, műanyag); folyékony (pl. bitumen, kátrány, nátron-vízüveg), szilárd (pl. égetett mész, gipsz, magnézia, cement); 5

7 fizikai folyamattal kötő (pl. agyag, bitumen, enyv, nátron-vízüveg), kémiai folyamattal kötő (pl. mész, gipsz, magnézia, cement); levegőn szilárduló (pl. agyag, mész, gipsz, magnézia, nátron-vízüveg, műanyag), hidraulikus, azaz víz alatt is szilárduló (pl. cement), gyengén hidraulikus (pl. hidraulikus mész, románcement vagy románmész, mészpuccolán), hidraulit vagy hidraulikus kiegészítő anyag (pl. trasz, kohósalak, pernye). (Kausay, 2003a) A továbbiakban a cementkötőanyagú betonokkal foglalkozunk. A cement a beton legaktívabb eleme, vízzel elkeverve kötőanyagként az adalék laza halmazát erős felületi kötéssel szilárd testté alakítja. (Ujhelyi, 1973) A cement alapanyaga, illetve kémiai összetétele szerint szilikátcementeket vagy eredeti nevükön portlandcementeket és aluminátcementeket vagy hazai nevükön bauxitcementeket különböztetünk meg. A portlandcementek fő alkotói a megfelelő mennyiségű mészkő és agyag zsugorodásig való égetése által előállított klinker és a kötésszabályozás céljából hozzáadott gipszkő, melyet együttesen finomra őrölnek. A portlandcementklinker és a kb. 4-5 m% gipszkő együttesen adja a tiszta portlandcementet. Azokat a portlandcementeket, amelyek legalább 10 m% hidraulikus pótlékot tartalmaznak, heterogén cementnek nevezzük és a cement fajtájának megadásakor a hidraulikus pótlék mennyiségét és minőségét is megadjuk. Az aluminátcementeket megfelelő arányú mészkő és alumíniumvegyület vagy alumíniumtartalmú kőzet égetése során nyerik. Míg a portlandcementek fő alkotói a kalciumszilikátok, addig az aluminátcementeké a kalcium-aluminátok. Lényeges különbség még a két cement között az is, hogy az aluminátcementek sokkal gyorsabban szilárdulnak és a kezdeti időszakban nagyobb szilárdságot érnek el. Sokkal nagyobb a fejlődött hőmennyiség is. A későbbi időszakban a portlandcementekből stabil kalcium-szilikát-hidrát és kalcium-alumináthidrát vegyületek keletkeznek. Ezzel szemben aluminátcementekből instabil kalciumaluminát-hidrát vegyületek képződnek, amelyek idővel átkristályosodnak. A folyamat végén kis szilárdságú alumínium-hidroxid-gél és kalcium-karbonát keletkezik, tehát a bauxitcement szilárdsága idővel lényegesen csökken, azonban száraz környezeti feltételek esetén enyhe visszaszilárdulás figyelhető meg. Napjainkban a portlandcementet tekintik a legfontosabb kötőanyagnak, míg a bauxitcementtel épített létesítmények éppen az átkristályosodási folyamat és az azt követő szilárdságcsökkenés miatt sok műszaki problémát okoznak. Az építőiparban bauxitcementet napjainkban csak tűzálló betonok kötőanyagául használnak fel. (Balázs, 1983) A beton- és vasbetonszerkezetek betonjának készítéséhez általában portlandcementet, kohósalak- és pernye-portlandcementet, kis hőfejlesztésű portlandcementet, fehér és színes portlandcementet, kohósalakcementet és különleges cementet (pl. sugárvédő betonokhoz) használunk. (Palotás Balázs, 1980) Hazánkban Vácott, Beremenden, Hejőcsabán és Lábatlanban gyártanak portlandcementeket A víz A lakosság ivóvízellátására szolgáló víz kivéve a gyógyvizet, ásványvizet, hévizet keverővíz céljára vizsgálat nélkül is megfelel. A természetes víznyerőhelyek vizét felhasználás előtt meg kell vizsgálni. Keverővízként olaj-, zsír-, kálisó- és cukortartalmú vizek nem használhatók, ezért különösen gondosan kell megvizsgálni azokat a vizeket, amelyekbe ipari vagy mezőgazdasági szennyvíz juthat. (Balázs, 1994) A víz a betonban egyfelől lehetővé teszi a cement kémiai átalakulását, nagy fajlagos felületű kötésképes hidrátvegyületek kialakulását, másfelől csökkenti a friss betonkeverék belső súrlódását, lehetővé teszi annak könnyebb kezelését és tömörítését. A cement 6

8 hidratációjához szükséges vízmennyiség sokkal kisebb (általában a cement tömegének 20-25%-a), mint amennyit a beton jó bedolgozhatósága igényel a jelenlegi tömörítési módszerek mellett. A megszilárdult cement-víz keverék (a cementkő) szerkezetét világszerte a Powers Brownyard modellel jellemzi. E szerint a cementkő pórusos anyag, amelynek szilárd része egyfelől nagyon finom eloszlású kolloid méretű szemcsékből álló gélből, másfelől ebbe beágyazott lényegesen nagyobb méretű kristályokból áll. A víz a cementkőben háromféleképpen helyezkedhet el: kémiailag kötött víz, amely beépül a hidrátvegyületek szerkezetébe; adszorbeált víz, amely fizikailag kötött állapota miatt lehetővé teszi a nagy felületű gélek egymáshoz tapadását; a cementkő kapillárisaiban elhelyezkedő szabad víz. (Ujhelyi, 1973) A levegő A levegő a betonnak az az alkotója, amelynek jelenléte (különleges esetektől eltekintve) nem kívánatos, kis mértékben azonban többnyire minden normál betonkeverékben megtalálható. Minden esetben tartalmaznak levegőt az ún. péphiányos betonok, amelyekben a víz és a cement együttes térfogata nem elegendő ahhoz, hogy az adalékszemcsék közti hézagokat kitöltse, továbbá azok a kis víztartalmú betonok, amelyeket a szükségesnél kisebb tömörítési munkával dolgoztak be. A beton levegőtartalma a szilárdságra csökkentően hat. A beton sajátosságainak alakulása szempontjából nagy jelentőségű, hogy milyen formában és eloszlásban van abban a levegő jelen. Az utóbbi évtizedek betontechnológiai kutatásai kimutatták, hogy a beton fagyállósága és időállósága számottevően javul, ha abban néhány térfogatszázaléknyi levegő olyan buborékok formájában helyezkedik el, amely a kapillárisok folyamatos hálózatát megbontja, és a keresztmetszetét megnövelve a víz, illetve folyadékok félszívódását megnehezíti. Ennek a felismerésnek alapján adagolnak számos országban az időjárás hatásának erősen kitett szerkezetek betonjába légpórusképző vegyi anyagokat. A beton ilyen módon létrehozott levegőtartalmát bevitt levegőnek ; még a tömörítés, illetve a nem megfelelő összetétel miatt kialakuló levegőtartalmat eredő levegőtartalomnak nevezi a külföldi szakirodalom. (Ujhelyi, 1973) Adalékszerek A betonjavító szereket két fő csoportba osztjuk: adalékszerek és felületi kezelőszerek. Adalékszereknek nevezzük a betonba kis mennyiségben bekevert olyan folyadékot vagy por alakú vegyi készítményeket, amelyek a beton egyes tulajdonságait (fő hatás) kedvezően befolyásolják, míg más tulajdonságait (mellékhatás, járulékos hatás) legfeljebb kismértékben rontják. Kettős hatású az olyan adalékszer, amellyel egyidejűleg kétféle fő hatás érhető el. Az adalékszerekkel kapcsolatos alapkövetelmények: Az adalékszemek a cement tömegére vonatkoztatott javasolt mennyisége esetén a cement az MSZ 523 (ma MSZ EN 196-3:1990) szerint vizsgálva legyen térfogatállandó. A kötési időt csak az adagolás céljának megfelelően befolyásolhatja, károsan nem. A szer kétszeres adagja sem okozhat elektrokémiai korróziót a bebetonozott acélbetéten. A kloridmentesként forgalomba hozott szer legfeljebb 0,2 m% kloridiont tartalmazhat a cementre vonatkoztatva. Az adalékszereket rendeltetésük szerint a következő csoportokba soroljuk: 7

9 konzisztenciajavítók: képlékenyítők és folyósítók; vízzáróságot fokozók; fagyállóságot fokozók (légpórus képzők); kötés- és szilárdulásgyorsítók; kötéskésleltetők, illetve kötésgátlók; színezőanyagok; elektromosan vezetőanyagok; gázképzők, habképzők. A felületi kezelőszerek olyan folyadékok vagy pépszerű vegyi anyagok, amelyekkel a bedolgozott frissbeton (párazárás), illetve megszilárdult beton (tapadásjavítás, víztaszítás stb.) felületi tulajdonságait befolyásoljuk. Rendeltetésük szerint ebbe a csoportba soroljuk: a párazárókat, a formaleválasztókat, a víztaszító bevonatokat, a felületi színezékeket. (Balázs, 1994) A beton hibái és a mai betontechnológia jellemzői A beton készítése több mint 100 éves múltra tekint vissza és ma korunk legfontosabb építőanyaga. A beton egyik kedvezőtlen tulajdonsága a nyomószilárdságához képest kis húzószilárdsága. Ezen a hiányosságon segít a vasbeton és a feszített beton. A vasbeton olyan anyag, amelyben a húzásokat az acélbetét, a nyomásokat pedig a beton veszi fel. A feszített vasbeton olyan szerkezet, amelynek a húzott zónájában nyomást hoznak létre nagyszilárdságú feszítőhuzalok segítségével. A beton másik kedvezőtlen tulajdonsága, hogy a megszilárdulásig gyámolítást (állványzat, zsaluzat) igényel. Ezen segít az előregyártás. Az előregyártás azt jelenti, hogy a szerkezeti elemeket nem a tényleges beépítés helyén gyártják és a beton szilárdságának legalább az 50%-át 24 órán belül eléri. A beton akkor már szállítható, beépíthető. Előregyártással készítik a paneles lakóházak elemeit, födémelemeket, vázszerkezeteket, lámpaoszlopokat stb. Korunk betontechnológiájára jellemző a minőségre és minőségegyenletességre való törekvés, az élő munka csökkentése és a különleges betontulajdonságok kihasználása. Az egyenletes minőség azáltal érhető el, hogy a betont keverőtelepeken, betongyárakban keverik meg, ahol a betonalkotók egyenletességét biztosítani tudják. Az élő munka csökkentését célozza az előregyártás és a helyszíni betonozási munkáknál a betonszivattyú és különféle adalékszerek használata, amely a szállítást és a bedolgozást megkönnyíti. (Balázs, 1994) A betonok tulajdonságai A betonokat osztályozhatjuk általános és különleges tulajdonságaik alapján. Általános tulajdonságok: a megszilárdult beton testsűrűsége; a megszilárdult beton nyomószilárdsága; az adalékanyag legnagyobb szemnagysága; a friss betonkeverék konzisztenciája. A megszilárdult beton különleges tulajdonságai: vízzárósága; fagyállósága; kopásállósága; egyéb különleges tulajdonságok (hajlító-húzószilárdság stb.). 8

10 A betonokat a fenti tulajdonságaik alapján az MSZ 4719 szerint jelölik. (Balázs, 1994) A különleges tulajdonságok közül a továbbiakban a beton vízzáróságával foglalkozunk Vízzáró beton A vízzáró beton fogalma, definíciója A vízzáró beton kifejezés nem egy tökéletesen vízzáró anyagot jelent. Teljesen vízzáró betonról természetesen nem lehet szó, mert a víz a legjobban elkészített betonon keresztü1 is átszivárog, mivel az még ha kis mértékben is, de mindenképpen porózus. A beton tehát a víz áthaladását nem szünteti meg hanem jó vízzáró beton esetében egy kis értékre korlátozza. Vízzáró beton kifejezés helyett használhatjuk a kis vízáteresztő képességű beton kifejezést, ami pontosabban érzékelteti a víznyomásnak kitett betonban lejátszódó folyamatot. Nem tartjuk helytelennek a vízzáró kifejezés használatát sem, de lényeges tudni, hogy a kifejezés nem fedi a víznyomásnak kitett betonban levő állapotot, csupán annak jelölésére való. A betonnak tehát vízáthaladást gátló, illetve szabályozó képessége van. Ahhoz, hogy a vízáthaladást gátló képességet a beton készítése során szabályozni és a céljainknak megfelelően alakítani tudjuk, előbb meg kell határozni a képességek törvényszerűségeit. A beton vízzáró képességének jellemzésére a következő definíciók ismertek. Az építőipari gyakorlatban kialakult az alábbi meghatározás: "Vízzáró az a betonszerkezet, amely annyi vizet enged át, amennyi a víznyomás elleni oldal felületéről természetes körülmények között elpárolog. Ez a meghatározás helyes lehet, mint építőipari igény a megvalósult objektummal szemben, de a beton vízzáró képességére nem ad egyértelmű meghatározást, hiszen a meghatározás a beton vízáteresztő képességén kívül még számos egyéb, a beton tulajdonságaitól nem függő tényezőt is magába foglal. Gondoljunk csak arra, hogy e meghatározás alapján ugyanazon beton vízzárónak minősíthető, pl. szabadtéri víztároló esetében, míg zárt, nagy relatív nedvességtartalmú térben ahol a beton felületéről a víz nem tud elpárologni már vízáteresztőnek kellene minősíteni. Másik, a beton vízzáróságra vonatkozó meghatározás az MSZ pontja szerint a következő: Valamely betonfajta vízzárósága annak a víznyomásnak bar-ban kifejezett értéke, amelynek 48 óráig tartó hatására a betonfajtán az MSZ 4715 szerint végrehajtott vizsgálattal a megfigyelő felületen víz nem mutatkozik és a víz legfeljebb a próbatest vastagságának egyharmadáig hatol be. Ez a meghatározás már lényegesen közelebb áll a valóságban végbemenő folyamathoz, de legnagyobb hibája, hogy csak határt szab a vízáthaladás sebességének, a vízáthaladás időbeni és mennyiségi változásait azonban nem szabályozza. Zavarja a meghatározás egyértelműségét az a tény, hogy az MSZ 4715 szerinti vizsgálatot kétféle 12 cm és 20 cm vastagságú próbatesten végzik, ezért a meghatározásban lévő egyharmad érték egyik esetben 4 cm, a másik esetben 6,66 cm is lehet, ami a beton vízáteresztő képességében már számottevő eltérést jelent. Ugyanakkor a meghatározás alapján mindkét esetben vízzárónak kell minősíteni a vizsgált betont. Harmadik, a beton vízzáró képességét kifejező meghatározás a talajmechanikából ismert Darcy-féle törvényen alapszik. Ez a törvény a természetes szűrökön átfolyó vízmennyiség meghatározására szolgál (Dombi, 1969). A Darcy-törvény feltételezi, hogy a víz folytonos, összenyomhatatlan, a vizsgálandó porózus test merev és homogén, a folyadékáramlás lamináris és az áramlási sebesség állandó (Balázs, 1994). 9

11 A Darcy törvény szószerint a következő: Valamely állandó keresztmetszetű szűrőn átfolyó vízmennyiség arányos a keresztmetszeti felülettel, a nyomásmagassággal a szűrőanyagot jellemző értékkel, és fordítva arányos a szűrőrétegben a megtett út hosszával, vagyis a szűrőréteg vastagságával (Dombi, 1969): ahol: h Q = k A i t = k A t képletből számítható, d Q az áteresztett vízmennyiség, m 3, A a próbatest keresztmetszeti területe, m 2, t a szivárgás időtartama, s, h a nyomást előidéző vízoszlop magassága, m, d a szivárgási hossz (a próbatest vastagsága) m, i a hidraulikus gradiens, d k az áteresztési együttható, m/s. Q A képletből a vízáteresztési együttható: k = i A t, tehát az a vízmennyiség, amely egységnyi hidraulikus gradiens esetén egységnyi felületen egységnyi idő alatt átfolyik. (Balázs, 1994) 1. ábra. A vízáteresztési tényező meghatározása (Balázs, 1994) A vízáteresztő képességi tényező az a sebesség, amellyel a víz időegység alatt, egységnyi szűrőfelületen, adott vízoszlopnyomás mellett átfolyik. A beton felfogható úgy is, mint mesterségesen előállított szűrő, hiszen alkotóanyagai áramlástani szempontból azonosak vagy közel azonosak az egyes talajfélékkel, így a Darcyféle törvény a betonok esetében is alkalmazható. Ez a meghatározás már jól követi a víznyomásnak kitett betonszerkezeten átjutó vízmennyiséget is. 10

12 Az egyes betonkeverékekhez meghatározható a k vízáteresztő képességi tényező. E tényezővel meghatározható, illetve tervezhető a víztároló és szállító betonműtárgyak falán áthaladó víz mennyisége, vagyis a műtárgy vízvesztesége. A k tényező számszerű érték, tehát a vízzáróság fogalmát pontos számszerű értékek közé lehet szorítani. Ezen értékek alapján a beton vízzáróságának jellemzésére három kategória ismeretes: fokozottan vízzáró; vízzáró; mérsékelten vízzáró. A beton k tényezőjének megállapítása után a beton vízzáró képessége tehát minőségi osztályba sorolható és az egyes műtárgyak vízzáróság szempontjából éppen úgy tervezhetők, mint pl.: statikai, hőtechnikai vagy egyéb követelmények tekintetében. (Dombi, 1969) A beton és a betonból készített szerkezet vízzárósága A vízzáróságot eltérően kell értelmezni a betonra mint anyagra és a betonból készített szerkezetekre. Valamely betonanyag akkor vízzáró, ha a belőle az MSZ :1972, illetve az MSZ EN 206-1:2002 szerint készített próbatestek a szabványos víznyomás vizsgálatnak ellenállnak. A magyar szabvány szerint végrehajtott vizsgálat esetén a beton vízzárósága annak a víznyomásnak bar-ban kifejezett értéke, amelynek 24 óráig tartó hatására a próbatest megfigyelt felületén nincs átnedvesedés és a víz legfeljebb a próbatest vastagságának az egyharmadáig hatol be. A szabványok alapján vízzáróság szempontjából csak a C jelű, kg/m 3 testsűrűségű betonok foglalhatók rendszerbe. A betonokat vízzáróságuktól függően az MSZ 4719:1972 a 1. táblázat szerinti csoportokba sorolja. A táblázatban közölt jelek közül a megfelelőt a betonnak a tervező áltál megadott jelében kell feltüntetni. 1. táblázat: A betonok vízzárósági csoportjai az MSZ 4719:1982 szerint (Ujhelyi, 2005) A vízzáró beton Vízzárósági követelmény az MSZ Jele megnevezése szerint vizsgálva vz 2 gyengén vízzáró 2 bar vz 4 mérsékelten vízzáró 4 bar víznyomást vz 6 vízzáró 6 bar át nem engedő vz 8 különlegesen vízzáró 8 bar Az MSZ EN 206: szerint végrehajtott vizsgálatnak megfelelően a betonanyag akkor vízzáró, ha 5 bar víznyomás 72 órán át tartó hatásának a belőle készített próbatest ellenáll, azaz a próbatest megfigyelt felületén nincs átnedvesedés és a víz legfeljebb a próbatest vastagságának egyharmadáig hatol be. A beton és a vasbeton szerkezetek, vízzáróságuktól függően, a következő csoportokba lehet sorolni: a) Mérsékelten vízzáró az a beton vagy vasbeton szerkezet, esetleg vakolt szerkezet, amelynek 1 m 2 felületén, a legnagyobb üzemi nyomás mellett, 24 óra alatt legfeljebb 0,4 liter víz szivárog át. b) Vízzáró az a beton vagy vasbeton szerkezet, esetleg vakolt szerkezet, amelynek 1 m 2 felületén, a legnagyobb üzemi nyomás mellett, 24 óra alatt legfeljebb 0,2 liter víz szivárog át. 11

13 Szabadban vagy jól szellőzött helységben ez a vízmennyiség általában elpárolog a felületről, átnedvesedés tehát nem észlelhető. c) Különlegesen vízzáró az a beton vagy vasbeton szerkezet, esetleg vakolt szerkezet, amelynek 1 m 2 felületén, a legnagyobb üzemi nyomás mellett, 24 óra alatt legfeljebb 0,1 liter víz szivárog át. A vízzáróságnak a betonanyagra és szerkezetre vonatkozó fenti kétféle értelmezéséből következik, hogy pusztán a betonanyag vízzáróságából nem lehet a szerkezet vízzáróságára következtetni. Például a talajba kerülő betonszerkezet különlegesen vízzáró lehet akkor is, ha betonanyaga csak gyengén vízzáró (vz 2) kategóriába tartozik, de a talajvíz a szerkezet alatti nyugalmi állapotban van, nyomás nincs. Ugyanakkor különlegesen vízzáró (vz 8) kategóriájú betonból készített mederfal csak vízzáró szerkezetnek minősül, ha a víznyomás nagy. Ezenkívül azt is számításba kell venni, hogy a szerkezet vízzáróságának a betonanyag csak egyik összetevője és az egyéb összetevők hasonló, vagy még nagyobb jelentőségűek, mint pl. a csatlakozások, kapcsolatok, illesztések, technológiai nyílások, munkahézagok stb., amelyek megfelelő kiképzése nélkül a különlegesen vízzáró (vz 8) betonból készített szerkezet sem lehet megfelelően vízzáró. Hiába jó a keverékből szabványosan elkészített beton próbatest (tehát a betonanyag) vízzárósága, ha a betonszerkezet repedezett (pl. a nem megfelelő utókezelés miatt), vagy egy csőátvezetésnél ereszt, akkor a szerkezet a vizet átengedi. (Ujhelyi, 2005) Vízzáró betonból készített szerkezetek Vízzáró betonból kell készíteni általában minden vízzel, vagy vízgőzzel, nedvességgel érintkező beton vagy vasbeton szerkezet (víznyomásnak kitett szerkezeteket, nagy páraterhelésű helyiségeket határoló szerkezeteket, stb.). A szerkezet vízzáróságát vagy a vízveszteség megengedhető mértékétől függően kell eldönteni (pl. a vízmedencék, víztornyok készítéséhez általában megfelel a vízzáró szerkezet, amelynek a felületén meg van engedve napi 0,2 liter/m 2 vízveszteség), vagy az egyéb követelmények figyelembe vételével kell a beton vízzáróságát meghatározni (pl. nagy páraterhelésű helységeket határoló vasbeton szerkezetet az acélbetétek korróziójának az elkerülése érdekében még akkor is célszerű legalább vz 4 vízzáróságú, mérsékelten vízzáró betonból előállítani, ha az külön páravédelmet is kap). A szerkezetek vízzárósága a fejezet szerint az üzemi víznyomás függvénye, ezért a betonra vonatkozó vízzárósági követelményt minden esetben külön kell eldönteni. A vízzáró betonból tervezendő, illetve készítendő néhány szerkezetek példaként a következő: vízépítési létesítmények, burkolatok, medencék, víztornyok, gátszerkezetek (2-3. ábra), zsilipek, vízkivételi művek; csatornaszerkezetek, mégpedig víz-, szennyvíz-, és kábelcsatornák, fűtési távvezetékek közműalagútjai; pincepadozatok, alapok, pincék felmenő vasbeton falai; aknák, fedlapok; kis hajlású vasbeton tetőfödémek; bármely agresszív hatásnak kitett beton és vasbeton szerkezetek; sima, tömör látszóbeton szerkezetek. (Ujhelyi, 2005) 12

14 2. ábra: Völgyzárógát Ponte di Gallonál Olaszországban az olasz-svájci határon a Spöl völgyében ( 3. ábra: Körösladányi duzzasztómű ( 13

15 A vízmolekulák mozgása a betonban A beton vízáteresztő képessége a vízmolekulák betonban való mozgásának a mértékét jelenti, amelyet transzportfolyamatnak nevezünk. Ezt a jelenséget, illetve az ezt befolyásoló tényezőket a 4. ábra vázolja fel. 4. ábra: A molekulavándorlás (transzportfolyamat) jelensége a betonban (Ujhelyi, 2005) 5. ábra: Pórusméret eloszlások (Ujhelyi, 2005) A víz egyrészt a repedéseken, másrészt a pórusokon keresztül mozogva halad át a betonon; mértéke és hatása nagymértékben függ a pórusstruktúrától, ezenkívül a repedezettségtől és a betonfelület mikrojellemzőitől (mikroklímájától). Befolyásolja a molekulavándorlás sebességét a transzportfolyamat mechanizmusa is; a 4. ábra erre is utal. A vízzel kémiai kötés is kialakul, ezért a cement kémiai összetételének is nagy a jelentősége, de nem hanyagolhatók el az adalékanyag tulajdonságai sem. A pórusok eltekintve a mm mértékű makropórusoktól pl. kavicsfészek vagy tömörítési hiány miatt a cementkővázban alakulnak ki. A molekulavándorlást tekintve a pórusstruktúra legfontosabb jellemzői a pórusok nyitottsága és a pórusméret eloszlása. A nyitott (látszólagos) porozitás azokat a pórusokat jelenti, amelyek egymással össze vannak kapcsolva, tehát átjárhatóak s így lehetséges a folyadékok vagy a gázok áramlása. 14

16 A pórusméret eloszlása elsősorban a mozgás sebességét befolyásolja. A cementpép pórusméret-tartománya több nagyságrendű. Eredetüket és jellemzőiket tekintve megkülönböztetünk tömörítési pórusokat, mesterségesen bevitt légbuborékokat, kapilláris pórusokat és gélpórusokat. Általában kifejezve kényelmesnek tűnik a csoportosítás mikro-, mezo- és makropórusokra, ahogyan erről a 5. ábra tájékoztat. A szilárd anyagok szabad felületeinek (pl. a pórusok belső felülete) energiatöbblete van (felületi energia) a kapcsolódó molekulák kötésének hiánya miatt. A cementpép pórusaiban ez a felületi energia a vízgőz-molekulák felületi adszorpcióját hozza létre a pórusok belső felületén; a vízfilm vastagsága a pórusokban lévő levegő nedvességtartalmának és a pórusátmérőnek a függvénye (6. ábra). 6. ábra: A víz kötési folyamatának egyszerűsített modellje. (a) adszorpció (b) kondenzáció (Ujhelyi, 2005) Az állandóan vízbe merített szerkezetek esetén kedvezőtlen körülmények között nagymennyiségű víz vándorolhat a betonban. A víz először kapilláris szívással hatol be, amelyet meg lehet gyorsítani, ha növekszik a hidraulikus nyomás. Folyamatos vízszállítás csak akkor alakul ki, ha a beton levegővel érintkező felületéről a víz elpárologhat. Ennek a vízmozgásnak az intenzitása a párolgás, a kapilláris szívás és a hidraulikus nyomás viszonyától, kölcsönhatásától függ (7. ábra). A vízzel együtt oldott ionok (pl. karbonátok, kloridok, szulfátok) is vándorolnak. Ezek az anyagok visszamaradnak a betonban, a párolgási zónában, ahol nagy valószínűséggel jelentős mértékben feldúsulnak. A kivirágzás ennek a hatásnak a következménye: az oldott anyagok újrakristályosodnak a beton felületén. 7. ábra: A beton bemerítése vízbe. (1) a víz szállítása hidraulikus nyomással és kapilláris szívással, (2) a víz és az oldott anyagok szállítása, (3) a víz elpárolgása a szabad felületeken, (4) az oldott anyagok kristályosodása, feldúsulva a párolgási zónában (Ujhelyi, 2005) 15

17 A cementpép szilárdulása folyamán a pórusméret eloszlása a kisebb pórusrendszerek felé tolódik el, amelynek eredményeképpen nő a szilárdság, csökken az áteresztőképesség. A pórusméret eloszlásának ilyen változását a hidraulikus kiegészítőanyagok elősegítik: a puccolános anyagokat tartalmazó cementpépek Cl - és SO 4 2- ionos diffúziós együttható, illetve vízáteresztő tényezői kisebbek, mint a tiszta portlandcement pépeké, ha hidratációjuk azonos mértékű. Törekedni kell arra, hogy csökkentsük a nagyobb pórusok (mezo- és makropórusok) mennyiségét; ez maga után vonja az áteresztőképesség csökkenését, a vízzáróság javulását. (Ujhelyi, 2005) A beton alapanyagainak hatása a vízzáróságra A cement Fiatalabb korban a lassan kötő cementekkel készült betonok vízáteresztőbbek, mint a gyorsabban szilárdulók. Idősebb korban a cementfajták hatása csökken. Jó vízzáró beton készítéséhez jó vízmegtartóképességű, kis zsugorodású, csekély vízigényű és lehetőleg jó végszilárdságú kötőanyag szükséges. 8. ábra. Legnagyobb vízbehatolás 9. ábra. Legnagyobb vízbehatolás 0,55 víz-cementtényezőjű betonba a 0,70 víz-cementtényezőjű betonba a cementminőségtől függően (3 érték átlaga) cementminőségtől függően (3 érték átlaga) (Ujhelyi, 1973) (Ujhelyi, 1973) 10. ábra: A víz-cementtényező változtatásának hatása a beton vízzáróságára (Dombi, 1968) 16

18 A különböző cementekből különböző víz-cementtényezővel készített betonok vízzárósága (különböző időpontban vizsgálva) a 8. és a 9. ábrákon látható. Eszerint 28 napos korban legkedvezőbb eredményeket 0,55 víz-cementtényező mellett a nagy fajlagos felületű portlandcement, illetve a granulált kohósalakot, vagy traszt tartalmazó heterogén cementek adják. A 180 napos eredmények között nincs már lényeges eltérés Ha a víz-cementtényezőt 0,70 értékűre növeljük, akkor a kisebb őrlésfinomságú portlandcementek, vagy a kevés granulált kohósalakot tartalmazó heterogén cementek jobbak. Hazai cementfajták megfelelőségi sorrendje vízzáróság szempontból a következő: 1. tatai 600-as (250 kg/m 3 ), (jelenleg nem gyártják) 2. tatai 500-as; DCM 500-as; lábatlani 500-as (300 kg/m 3 ), (mai jelöléssel 52,5) 3. hejőcsabai 400-as (500 kg/m 3 ), (mai jelöléssel 42,5) 4. hejőcsabai 300-as (500 kg/m 3 ), (mai jelöléssel 32,5). A zárójelben levő számok azt a legkisebb cementadagolást jelentik, ami mellett még a beton vízzáró 3 bar víznyomásra. A homokdús adalékanyaggal készített (10. ábra) beton esetében a víz-cementtényező megválasztása fokozott jelentőségű. (Ujhelyi, 1973) A követelményeket kielégítő vízzáróságú betonok valamennyi cementfajtával készíthetők, feltéve, hogy a heterogén cementek kiegészítő anyag tartalma: granulált kohósalak esetén legfeljebb 40 tömeg %, puccolánok (trasz, pernye) esetén legfeljebb 25 tömeg %, kovasavliszt esetén legfeljebb 10 tömeg %, mészkőliszt esetén legfeljebb 20 tömeg %. (Ujhelyi, 2005) Adalékanyag A vízzáróság elsősorban a beton tömörségétől függ. Ezért fontos, hogy a beton elegendő mennyiségű lisztfinomságú (0,25 mm vagy alatti) szemcsét tartalmazzon, amelyre vonatkozó követelmények a 2. táblázatban láthatók. 2. táblázat: Szükséges finomrésztartalom jól bedolgozható, vízzáró betonkeverékekhez (Ujhelyi, 2005) Legnagyobb szemnagyság, mm Betömörített friss beton lisztfinomságú (0-0,25 mm homok + cement) szemcséinek szükséges tömege, kg/m 3 légbuborékképző nélkül légbuborékképzővel A táblázatból következik, hogy célszerű olyan folyamatos szemeloszlású adalékanyagot előírni, amelynek szemeloszlási görbéje az MSZ szerinti B görbék ( ábra) közelében halad. Ha a gazdaságosan beszerezhető adalékanyagok 0,25 mm alatti szemcsetartalma lényegesen kevesebb mint a szabványos érték, akkor a hiányzó finomliszt mennyiségének a pótlására inert ásványi por (pl. mészkőliszt) alkalmazását célszerű előírni. 17

19 11. ábra: A beton adalékanyag szemeloszlási határgörbéi Legnagyobb szemnagyság: 8 mm (Kausay, 2003b, az MSZ :1991 alapján) 12. ábra: A beton adalékanyag szemeloszlási határgörbéi Legnagyobb szemnagyság: 12 mm (Kausay, 2003b, az MSZ :1991 alapján) Elvileg az agyag-iszap tartalom a vízzáróság szempontjából nem kedvezőtlen, mert tömítő anyagként fokozza a tömörséget. Mivel azonban a nagyon finom szemek mennyiségének a növekedésével párhuzamosan az adalékanyag adott bedolgozhatósághoz szükséges vízigénye rohamosan nő, ezért a szilárdságnak gazdaságos cementtartalommal való elérése érdekében legfeljebb 6 térfogat % agyag-iszap tartalom engedhető meg. (Ujhelyi, 2005) 18

20 Gömbölyű, zömök szemcsék alkalmazása célszerűbb, mint szögletes, zúzott köveké. Az adalékanyagnak 3 mm szemnagyságig természetes homokból kell állnia. Zúzott homok alkalmazásakor azonos konzisztencia elérésére nagyobb vízmennyiség szükséges, ezzel növekszik a v/c tényező, romlik a szilárdság és növekszik a vízáteresztés. Azonos cementtartalom esetében, azonos bedolgozhatóság elérésére a természetes homokban 12%, és a zúzott homokban 30% (0/0,2 mm) finomrészre van szükség. A durvább adalékanyag szemcsetulajdonsága, bár hatással van a bedolgozhatóságra és vízigényre, nem jelentős. Zúzott, lapos adalékanyag felhasználása azonban nem javasolható, mivel a betont rétegessé teszi, és ezáltal nagyobb a repedésképződés. Az I., II. és III. osztályú adalékanyaggal készült betonok vízzárósága alapján megállapítható, hogy az adalékanyag fajlagos felületének növekedésével a beton vízérzékenysége növekszik, és az elérhető vízzáróság romlik. (Ujhelyi, 1973) Adalékszer Vízzáró beton készítéséhez kedvező eredménnyel használhatók a tömítő, a képlékenyítő, a folyósító, a légbuborékképző és a kötéskésleltető adalékszerek. A tömítő adalékszerek a kapilláris pórusokat zárják el és/vagy víztaszítóvá teszik a pórusfalakat (hidrofobizálók), ezáltal csökkentik a beton vízfelvételét, a nyomás alatti víznek a betonba áramlását, illetve a betonon való átszivárgásának a mértékét. (Ujhelyi, 2005) A tömítő hatás olyan finomeloszlású anyagokkal érhető el, amelyek víz érintkezve megduzzadnak. Erre a célra duzzadó szilikátokat (pl. trasz) és egyéb anyagokat (pl. bentonit) használnak. (Balázs, 1994) A képlékenyítő és a folyósító adalékszerek javítják a betonok vízzáróságát, ha ezeket a víz-cement tényező csökkentése érdekében adagoljuk (változatlan konzisztencia melletti vízmegtakarítás). Amennyiben a vízzáró betonnak fagyállónak is kell lennie, akkor ajánlatos a légbuborékok mesterséges képzése adalékszerekkel. A vízzáró vasbeton szerkezetek készítésekor figyelembe kell venni, hogy a képlékeny vagy folyós konzisztenciájú keverékekből készített friss, bedolgozott beton még gondos tömörítés után is hajlamos az ülepedésre, a plasztikus zsugorodásra és az emiatt keletkezett repedések csökkentik a vízzáróságot. Ez a hatás megszüntethető a bedolgozott beton pihentetés utáni újravibrálásával, amely akkor hajtható végre, ha a betonkeverékhez kötéskésleltető adalékszert adagolunk a megtervezett időtartamú (6-24 óra) kötéskésleltetésre. (Ujhelyi, 2005) A beton összetétele A beton összetételét úgy kell kiválasztani, hogy jól bedolgozható, szétosztályozódás- és repedésmentes betonkeveréket készíthessünk, amelyben a víz ráengedésének az időpontjában elért hidratációs fok mellett nincsenek átjárható, összekapcsolódó kapilláris pórusok. Ennek figyelembevételével kell a betonkeverék összetételét és konzisztenciáját meghatározni. A betonösszetétel határértékeit a 3. táblázat tartalmazza. Ha a szerkezet vasalása és keresztmetszeteinek a méretei, továbbá a beton zsaluzatba helyezésének és tömörítésének a lehetséges módszerei megengedik, akkor földnedves vagy kissé képlékeny konzisztenciát kell előírni. A vízszintes, lemezszerű szerkezetek betonját földnedves konzisztenciával is megfelelően lehet tömöríteni (pl. vibrodöngölővel), ha vasalást nem tartalmaz, vagy csak ritka kiosztásban. A felmenő szerkezetek (pl. medencefalak) betonja azonban általában csak képlékeny konzisztenciával dolgozható be. Ha a betonkeveréket csak képlékeny (vagy folyós) konzisztenciával lehet kielégítő módon tömöríteni, akkor kissé képlékeny konzisztenciájú alapkeveréket kell tervezni és a képlékeny konzisztenciát képlékenyítő, a folyós konzisztenciát folyósító adalékszerrel kell 19

21 beállítani. Lágy konzisztencia esetén célszerű kötéskésleltető adalékszert is adagolni az utóvibrálás lehetővé tétele érdekében, amely eltünteti a néhány óra utáni, a beton ülepedésből származó esetleges repedéseit. A kötéskésleltetés mértékét az utóvibrálás időpontjához kell illeszteni, az ehhez szükséges adalékszer fajtáját és mennyiségét próbakeveréssel kell meghatározni. Megnevezés Igénybevétel víznyomás hatására A környezeti osztály jele XV1 XV2 XV3 Legnagyobb vízcementtényező 0,60 0,55 0,50 Legkisebb szilárdsági C25/30 C30/37 C30/37 osztály Legkisebb cementtartalom, kg/m 3 Friss beton legki-sebb Szilárd testsűrű-sége, kg/m táblázat: Ajánlott határértékek a beton összetételére és tulajdonságaira XV környezeti osztályok esetén (Ujhelyi, 2005) A beton bedolgozási (tömörítési) hiány miatti levegőtartalma vízzárósági követelmény esetén legfeljebb 1 térfogat % lehet. Az adalékszerrel a fagyállóság érdekében bevitt légbuborék tartalom a vízzáróságot nem rontja, ha az egyéb korlátozásokat (pl. vízcementtényező) betartjuk. A beton vízzárósága a betonösszetételt tekintve akkor lesz megfelelő, ha a víz-cementtényező és a cementtartalom az előírt határértékeknek megfelelő, továbbá a bedolgozott friss beton testsűrűsége megfelel az előírtnak (a korlátértékeket lásd a 3. táblázatban). A betonkeverék cementpép-tartalma legalább 30 liter/m 3 -rel legyen nagyobb, mint az adalékanyag pépigénye. A vízzáró betonok csak tervezett összetételűek lehetnek, receptbetonok általában nem használhatók fel vízzáró szerkezetek készítésére. A vízzáró beton és vasbeton szerkezetekkel szemben néhány kivételtől eltekintve egyéb követelményeket is támasztunk. A szerkezetek tervezésekor ezért mérlegelni kell a különböző követelmények kielégítésének a lehetőségeit is. Például egy szulfátos talajjal érintkező mederburkolat betonjának egyidejűleg kell előírt szilárdságúnak, vízzárónak, fagyállónak, kopásállónak és agresszív hatásokkal szemben ellenállónak lennie. A szilárdságot a víz-cementtényező, vízzáróságot a tömöttség, a fagyállóságot a mesterségesen képzett légbuborékok, a kopásállóságot a tömörség és a szilárdság, az agresszív hatásokkal szembeni ellenállást a cement fajtája és a beton pórustartalma határozza meg. E tulajdonságok optimális szintjét nem mindig lehet egyidejűleg elérni, ezért ilyenkor kompromisszumot kell keresni (pl. vz 8 és f 150 egyidejűleg előírható, de ez esetben K 8/12 igen kopásálló kopásállósági fokozatú beton már nehezen készíthető), mérlegelni kell a követelmények fontossági sorrendjét a tartósság szempontjából. A megoldás általában az, hogy a szerkezet használati élettartamát választjuk a legfontosabb paraméternek, és ebben az esetben a szilárdsági és a vízzárósági követelményeket az optimálisnál nagyobb biztonsággal elégítjük ki. (Ujhelyi, 2005) 20

22 A vízzáró beton készítése A beton alkotóanyagait úgy kell összekeverni, hogy egyenletes betonkeveréket kapjunk. A keveréket szétosztályozódás mentesen kell a zsaluzatban elhelyezni, és gondosan kell tömöríteni a konzisztenciához illesztett tömörítő eszközzel. Betonozni folyamatosan kell és a munkahézagokat a tervezett helyeken és a tervben előírt módon kell kialakítani. Különösen fontos a vízzáró szerkezetekhez a csatlakozások, illesztések, kapcsolatok technológiai nyílások vízzáró kialakítása mellett a munkahézagokat és a hézagzárás technológiáját, az alkalmazandó fugaszalagokat, azok fajtáját és minőségét is megtervezni (és természetesen a költségeit is meghatározni). Azt is fontos figyelembe venni, hogy a vasbeton szerkezet egyik legkényesebb része az acélbetétek betontakarásának a vastagsága és minősége. A betontakarás megfelelő vízzárósága érdekében célszerű a betontakarás vastagságát a szokványos esetekben előírtakhoz képest legalább 10 mm-rel megnövelni. Ha váratlan okból (pl. géphiba, időjárás változás) szükséges a munkahézag és a tervező hozzájárulását például idő hiányában nem lehet beszerezni, akkor a munkahézag kialakításakor a következőket kell szem előtt tartani: a munkahézag ne zavarja a beton és a vasbeton szerkezet egységes működését, a munkahézagot lehetőleg olyan helyen kell kiképezni, ahol a betonban a terv szerint nem lehetnek húzó- és/vagy nyíróerők, a csatlakozó felület legyen merőleges a nyomófeszültség irányára, többtámaszú lemezek, gerendák és keretek esetében a munkahézagot általában azokon a helyeken célszerű kialakítani, ahol az acélbetétek nagy része fel van hajlítva, az alaptestekben a munkahézagot általában vízszintesen kell kiképezni, és függőlegesen kell lépcsőzni. Ha a betonozást szükségszerűen hirtelen hagyjuk abba, akkor a megfelelő munkahézagot esetleg már csak utólagos véséssel, bontással lehet létrehozni. A munkahézag pontos helyét az építési naplóban rögzíteni kell, és a tervezővel jóvá kell hagyatni. A bedolgozott friss beton merevedése (a kötés kezdete) után a beton utókezelését haladéktalanul meg kell kezdeni, és nem szabad megengedni, hogy a felület száradása megkezdődjék (erre a beton színének a világosabbá válása figyelmeztet). Ha ugyanis a beton kiszáradása megkezdődik, akkor romlik a beton vízzárósága (a vízzel telített beton vízzárósága, vízáteresztése, vízdiffúziója egyaránt kedvezőbb, mint a szárazé) és a repedezés megkezdődhet, amelynek hatására megindul a víz átszivárgása a betonon. 13. ábra Az utókezelés hatása a vízzáróságra (Ujhelyi, 1985) 21

23 Az utókezelésnek folyamatosnak kell lennie, nem szabad szüneteltetni mindaddig, amíg a beton nem éri el legalább az 50 % hidratációs fokot (tehát munkaszüneti napokon is gondoskodni kell a beton nedvesen tartásáról). A megszakított utókezelést követő ismételt locsolás nem javítja ki az esetleg keletkezett hibákat. (Ujhelyi, 2005) A tárolás hatásának megállapítására elvégzett kísérletek szerint a 13. ábrán látható, hogy a levegőn tárolt próbatestekbe a vízbehatolás lényegesen nagyobb, mint a víz alatt tároltakba A beton repedezése A repedezés okai Ha a beton húzás okozta alakváltozása túllépi a beton húzási alakváltozási képességét, akkor ez minden esetben repedéseket eredményez. A beton húzási alakváltozási képessége függ a kortól és az alakváltozás sebességétől. Az alakváltozást okozó fő mechanizmusok a következők: a) A betonon belül kialakuló mozgások. Ilyen például a száradási zsugorodás, a duzzadás, a hőmérsékletváltozás miatti alakváltozás, a plasztikus zsugorodás vagy a plasztikus ülepedés. Ezek a hatások csak akkor okoznak húzófeszültséget, ha a mozgás korlátozva van. Ez a korlátozás lehet lokális, ha a zsugorodást a betonban acélbetétek gátolják, vagy lehet nagyobb léptékű, amikor egy elem zsugorodását a hozzákapcsolt más elemek akadályozzák meg. b) A betonba ágyazott anyagok duzzadása. Ilyen például az alkáli-kovasav reakció, vagy az acélbetét korróziója miatti térfogatváltozás. c) Külső hatások. Ezekre példa az alapok különböző süllyedéséből származó terhelés vagy alakváltozás. 14. ábra: A repedések fajtái és okai (Ujhelyi, 2005) 22

24 A 14. ábra a repedések különböző lehetséges okait foglalja össze, míg a 13. ábra némi tájékoztatást ad a beton koráról is, amikor a repedések különböző formáinak a megjelenésére számítani lehet. 15. ábra: A repedések megjelenésének a várható ideje a beton bedolgozásától számítva (Ujhelyi, 2005) A fenti (a) és (b) mechanizmusok következtében belülről induló repedések fejlődnek ki, amelyekről a 15. ábrán lehet példákat találni. A (c) mechanizmus kívülről induló repedéseket okoz. 16. ábra: Példák a belülről induló repedésekre elméleti betonszerkezetben (Ujhelyi, 2005) 17. ábra: A fiatal beton szilárdságának és 18. ábra: A beton kúszási alakváltozása gátoltság miatti feszültségének az értelmezése (Ujhelyi, 2005) (Ujhelyi, 2005) 23