PTE Pollack Mihály Műszaki és Informatikai Kar 7624 Pécs, Boszorkány út 2. Építőanyag MSC Szerkezet-építőmérnök MSC hallgatók részére Betonok minősítése és jelölése (MSZ 4798 szabvány) - Cementek fajtái és legújabb jelölései - Frissbetonok konzisztenciája és legújabb jelölései - Betonok minősítése és jellemző nyomószilárdsága - A betonok megfelelőségének ellenőrzése - Betonok tartóssága, kitéti osztályok és követelményeik - Betonok jelölései az MSZ 4798 szabvány szerint Különleges betonok és betontechnológiák - Különleges tulajdonságú- és rendeltetésű betonok - Különleges betontechnológiák és eljárások Nanotechnológia építőipari alkalmazása - Hatékony hőszigetelő anyagok előállítása - Öntisztuló falfelületek és épülethomlokzatok - Betontechnológiai alkalmazások Mérnöki létesítmények diagnosztikai vizsgálatai - Beton-, vasbeton és téglaszerkezetek roncsolás mentes vizsgálatai - A diagnosztikai vizsgálatok eszközei és műszerei Épület rehabilitáció - Vasbetonszerkezetek korróziós károsodása és rehabilitációja A tananyagot összeállították: Dr. Orbán József főiskolai tanár orbanj@pmmik.pte.hu Pécs, 2014 1
Cementek fajtái és jelölései Cementek hidratációja: 2(3CaO SiO 2 ) + 6H 2 O = 3CaO 2SiO 2 3H 2 O + 3Ca(OH) + Q 2 kalcium-szilikát-hidrát (C 3 S 2 H 3 ) Cementszerű kötés: Ca(OH) 2 + SiO 2 = CaO SiO 2 H 2 O (CSH) Cementek jelölései: Portlandcement : CEM I 42,5N CEM I 42,5R Kohósalak p. cement : CEM II/A-S 42,5N CEM II/A-S 32,5R Pernye portlandcement : CEM II/A-V 42,5N CEM II/A-V 32,5R Kompozit p. cement : CEM II/B-M(V-L) 32,5N Kohósalak cement : CEM III/B-S32,5N- S* CEM - Európai cement I; II - cement fajta: I - portlandcement II - kohósalak-, pernye-, mészkőliszt pc. III - kohósalak cement A; B - hidraulit mennyiség (> 5; >20%) S; V - kohósalak és pernye (hidraulit) M(V-L) - kompozit (pernye és mészkőpor) 42,5 - nyomószilárdság f ck (N/mm 2 ) R - nagy kezdőszilárdság (Rapid) N - normális szilárdulású S* - szulfátálló (AM = 0,54) Mészkőliszt adalékos cement: C 3 S + H 2 O + CaCO 3 = C 3 S CaCO 3 H 2 O kálcium-carbo-szilikát-hidrát Kohósalak cementek: CEM III/A-32,5N-LH (mérsékelten szulfátálló) CEM III/B-32,5N-S (szulfátálló AM < 0,7) 2
Frissbetonok konzisztencia vizsgálata és jelölései Vízcement tényező hatása a beton szilárdságára Konzisztenciák jelölései (MSZ 4714): AFN - alig földnedves FN - földnedves KK - kissé képlékeny K - képlékeny F - folyós Ö - önthető Konzisztencia meghatározása (mérő eszközök): - Abrams-féle roskadásmérő kúp (S - roskadási mérték mm) - Terülést mérő ejtő asztal (F - terülési mérték mm) - Vebe méter, vibrációs átformálási idő (V - átformálási idő sec) - Walz-féle tömörítés mérő edény (C - tömörítési mérték) Konzisztencia osztályok (MSZ 4798): AFN FN KK K F Ö..-. Roskadási osztályok: - - S1 S2 S3 S4 S5 Terülési osztályok : - F1 F2 F3 F4 F5 F6 VEBE osztályok : V0 V1 V2 V3 V4 - - Tömörítési osztályok: - C0 C1 C2 C3 - - Walz-féle tömörítés mérő edény 3
Kötés- és szilárdulás közbeni zsugorodási jelenségek A korai repedést kiváltó (plasztikus) zsugorodás okai: - magas vízadagolás (utólagos átkeverés!) gyors vízvesztést követő térfogatváltozás - túltelített beton (cementpép többlet) - túlzott idejű keverés (> 2 óra pl. átkeverés) - túlzott finomrész tartalom (esetleg hiánya) A megszilárdult beton (kiszáradási) zsugorodása - egyenlőtlen alakváltozás, húzófeszültség A frissbeton térfogatvesztése és zsugorodási repedései A betonszilárdulás közben keletkező zsugorodási repedések Betonszilárdulás közben keletkező zsugorodási repedések Friss beton jellemzői: Telítettség hatása a beton tulajdonságaira (szilárdság, tömörség, vízzáróság) Cementpép igény és mennyiség adalékanyag hézagtérfogata: 220 300 lit./m 3 opt. cementpép: 250 lit/m 3 opt. cement 300 kg/m 3 cementmárka és betonszilárdság összehangolása C8/10 esetén CEM 32,5; C40/45 esetén CEM 52,5 4
A friss és megszilárdult beton tulajdonságai 1. A friss beton levegőtartalmának meghatározása: 2. A beton vízzáróságának meghatározása: 3 db. próbakockán; d = 75 mm körfelület; 5 bár víznyomás; 72 óráig Vízbehatolás mértéke: < 60 mm, vízzáró beton jele: vz 60 XV1 < 40 mm, fokozottan vízzáró beton jele: vz 40 XV2 < 20 mm, igen vízzáró beton jele: vz 20 XV3 5
3. A beton fagy- és olvasztó só állóságának meghatározása: Fagyállóság vizsgálat MSZ 4719 (belső szerkezeti sérülések vizsgálata) - ciklus szám alapján: + 18C víz; - 20C fagyasztás; 6-6 óra - tömeg veszteség max. 5%; szilárdság csökkenés: max 25% f25, f50, f100, f150 6
Betonok minősítése és jelölései Betonjelölések: B280 C25 C25/30 B280 A próbatest alakjának és méretének hatása a beton nyomószilárdságára C20/25 C20/25 fck jellemző nyomószilárdság t = 2,28 N = 3 t = 1,645 N > 40 t = 1,48 N = Minősítő (jellemző) szilárdság Szórás hatása a cementszükségletre MSZ 4798 szerint: f cm = f ck + t x σ f cm = f ck + 4 (N > 15 t = 1,48 = 3) Eurocode 2 szerint: f cm = f ck + 8 Egyenletes minőség: s 1 < s 2 f cm1 < f cm2 kisebb szilárdság kevesebb cement gazdasági előny!? 7
A betonok megfelelősége A megfelelőség ellenőrzése: - MSZ EN 206 európai betonszabvány Az 50 évre tervezett beton tartóssági követelményeinek kielégítésére, környezeti osztályok alkalmazását írja elő. - MSZ 4798 az európai szabvány alkalmazási követelményeit tárgyalja. - MSZ 15022 szabvány alapján tervezett vasbeton szerkezetek betonját, továbbra is az MSZ 4719 és MSZ 4720 szerint kell ellenőrizni. A nyomószilárdság megfelelőségének ellenőrzése: A beton nyomószilárdságának tervezett értékét meghatározzák: - A betonszerkezet teherbíró képessége és a beton igénybevétele alapján meghatározott nyomószilárdság. - A használati élettartam és a környezeti hatások alapján a tartóssági követelményeket figyelembe vevő nyomószilárdság. Megfelelő tartósságot és ellenálló képességet biztosító, környezeti hatásoknak megfelelő betonösszetétel. A betonok nyomószilárdságának megfelelősége A mintavétel legkisebb gyakorisága: - 3 minta (3 3 db.) 50 m 3 betonból (kezdeti gyártás, tanúsítás nélkül) - 1 minta (3 db.) 150 m 3 betonból, vagy 1 minta/nap (folyamatos gyártás) - 1 minta/400 m 3, vagy 1 minta/termelési hét (gyártásellenőrzési tanúsítással) 8
Betonok megfelelősége A betonok megfelelőségének követelménye: - A betonszerkezet teherbíró képessége és a beton igénybevétele alapján meghatározott nyomószilárdság. - A megfelelő tartósságot biztosító és a környezeti hatásoknak megfelelő betonösszetétel. Környezeti hatások kitéti osztályai: X0 XC1...4 XD1...3 XS1...3 XF1...4 XA1...3 XK1...4 XV1...3 Nincs korróziós kockázat (vasalás nélküli beton) (vasalás nélküli beton. vasalt beton, száraz helyen) Karbonátosodás okozta korrózió (száraz. váltakozva nedves és száraz) Kloridok által okozott korrózió (mérsékelten nedves váltakozva nedves és száraz) Tengervízből származó klorid által okozott korrózió Fagyási/olvadási ciklusok által okozott korrózió (függőleges, sózás nélkül vízszintes, jégolvasztó só) Kémiai korrózió (agresszív vegyi hatás) (enyhén agresszív nagymértékben agresszív környezet) Koptatóhatás okozta károsodás (gyalogos.. nehéz teher és gördülő igénybevétel) Igénybevétel víznyomás hatására (vízbehatolás: 60, 40, 20 mm) Nincs korróziós kockázat A beton és betonkeverék követelményei: X0 - Vasalás nélküli, korróziónak ki nem tett kitöltő és kiegyenlítő beton. fck > C12/15 XN(H) - Korróziónak ki nem tett kis szilárdságú aljazat betonok, beton alaprétegek. fck > C8/10 C > 165 kg V/C < 0.90 Vlev,friss beton < 2,5% X0b(H) - Vasalás nélküli, korróziónak ki nem tett kitöltő és kiegyenlítő beton. fck > C12/15 C > 230 kg V/C < 0.75 Vlev,friss beton < 2,0% X0v(H) - Legfeljebb 35% relativ páratartalmú, belső helyiségben lévő, vagy levegőtől teljesen elzárt, száraz helyen lévő vasbeton. Környezeti hatásoknak nem ellenálló vasalt alapbeton és vasbeton. fck > C16/20 C > 250 kg V/C < 0.70 Vlev,friss beton < 2,0% 9
Karbonátosodás okozta korrózió: 2(3CaO SiO 2 ) + 6H 2 O = 3CaO 2SiO 2 3H 2 O + 3Ca(OH) 2 ph > 11 A levegő CO 2 hatása: Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O ph < 9 (betonacél korrózió) Szénsav hatása: H 2 O + CO 2 ---> H 2 CO 3 (pl. savaseső) CaCO 3 + H 2 CO 3 ----> Ca(HCO 3 ) 2 A vas elektródpotenciál-ph diagramja Betonacél korróziója 10
Kloridok által okozta korrózió: Betonkorrózió: 2NaCl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2Na(OH) Vaskorrózió: Fe 3+ + 3Cl - = FeCl 3 disszociálódik ---> Fe 3+ + 3Cl - Fagyás/olvadási ciklusok által okozott korrózió: 11
Kémiai korrózió (agresszív vegyi hatás) 12
Koptatóhatás okozta korrózió Igénybevétel víznyomás hatására A mértékadó nyomószilárdsági osztály meghatározása Az erőtani számítás eredménye alapján megállapított szükséges nyomószilárdsági osztály és a környezeti feltételek alapján az MSZ 4798 szabványban ajánlott legkisebb nyomószilárdsági osztály közül a nagyobb nyomószilárdsági osztályt kell mértékadónak tekinteni. Ha az erőtani számítás alapján megállapított szükséges nyomószilárdsági osztály a környezeti hatásoknak ellenálló beton készítéséhez elegendő, akkor az erőtani számítás eredménye alapján megállapított nyomószilárdsági osztályt lehet mértékadónak tekinteni. Vasbeton szerkezetek javasolt betonacél fedése:i: 13
Betonok jelölése az MSZ 4798 szerint: C25/30 - XC3 - XF4-16 - S2 - L- 100 év- CEM II/B- M(V- L)32,5 N-S C - Concrete, normál beton (2100 2500 kg/m 3 ) 25-25 N/mm 2 fck,cyl jellemző szilárdság (hengeren) 30-30 N/mm 2 fck,cube (15 cm-es kockán) XC3 - környezeti osztály, karbonátosodás mérsékelten nedves környezetben (C30/37) XF4 - környezeti osztály, fagyhatásnak kitett fagyási/olvadási ciklusok hatása nagymérvű víztelítettség + jégolvasztó só (C30/37) 16 - adalékanyag dmax (mm) S2 - konzisztencia, roskadás 50 90 mm L - légbuborék képző adalékszer adagolása 100 év - használati élettartam legalább 100 év Mértékadó nyomószilárdsági osztály meghatározása: Az erőtani számítás eredménye alapján megállapított szükséges nyomószilárdsági osztály (C25/30) és a környezeti feltételek alapján ajánlott nyomószilárdsági osztály (C30/37) közül a nagyobb nyomószilárdsági osztály a mértékadó. Statikusok helytelen gyakorlata: Már az erőtani számításoknál figyelembe veszik és mértékadónak tekintik a környezeti feltételek alapján javasolt nyomószilárdsági osztályt. Építmények vasbeton szerkezeteire javasolt kitéti osztályok 14