4 7. MÓDSZER A BETON VÁRHATÓ NYOMÓSZILÁRDSÁGÁNAK BECSLÉSÉRE ÉS ÖSSZETÉTELÉNEK TERVEZÉSÉRE 7.. A nyomószilárdság beslése A beton várható nyomószilárdságát a ()ből számított vízement tényező valamint a ementfajtától függő állandókból képzett ABRAMS (x 5 ) függvény ismeretében lehet besülni. Az állandók meghatározása érdekében feldolgoztam az 978 989 között végzett valamennyi laboratóriumi vizsgálatom adatait és meghatároztam az x R o összefüggéseket amelyek a 35es és a 45es ementekre különválasztva az 57. ábrán láthatók. 57. ábra Az ábrából megállapítottam az alsó és felső határgörbék ill. az átlagot jellemző görbék ABRAMS (x 5 ) függvényeit ezek a következők: 35es ement alsó határ : átlag : felső határ : 45es ement alsó határ : átlag : felső határ : R o 4 e 46. x (7) R o 96 e 44 x (8) R o 8 e 4 x (9) R o 8 e 4 x () R o 8 e 39 x () R o 7 e 36 x () Ezek az összefüggések az 58. ábrán szemlélhetők.
4 A módosított vízement tényező számításához ismerni kell v a beton összetételét (ement víz és adalékanyagtartalmát beleértve a vízement tényezőt) a V p ill. a V a pép ill. adalékanyagtérfogat meghatározása érdekében v az adalékanyag szemeloszlását (finomsági modulus és egyenlőtlenségi együttható) valamint a betonkeverék konziszteniáját a V po pépigény ill. a V ao mértékadó adalékanyagtérfogat meghatározása érdekében v a bedolgozott friss beton testsűrűségét a V l ill. V lb levegőtartalom meghatározása érdekében v a ement fajtáját az alkalmazható ABRAMS ( x ) függvény kiválasztása érdekében. A gyakorlatban sokszor nins lehetőség arra hogy a módosított vízement tényező szabatos meghatározásához szükséges valamennyi 58. ábra fent felsorolt jellemző pontos értékét felderítsük. A megszilárdult beton készítési adatai közül az utólagos vizsgálat során sokszor sak a felhasznált ement fajtáját és közelítő mennyiségét az alkalmazott adalékanyag legnagyobb szemnagyságát és közelítő szemeloszlását valamint a keverék konziszteniáját lehet megállapítani. Vizsgálati eredményeim birtokában szerkesztettem meg a várható nyomószilárdság közelítő beslésére a következő ábrákat. 59. ábra Az 59. ábráról a D 8 mm legnagyobb szemnagyságú az MI 4.9 irányelvek A B és C határgörbéinek megfelelő szemeloszlású legfeljebb 3 térfogat % agyagiszapot tartalmazó homokos kavisal készíthető m 5 5 kg/m 3 ementtartalmú betonok FNF konziszteniához szükséges vízement tényezői olvashatók le. A 6. ábra a D 6 mmes a 6. ábra a D 3 mmes homokos kavisal készített betonokra adja meg ugyanezeket az adatokat. A vízement tényezők várható értékei ezeknek az ábráknak a segítségével besülhetők.
43 6. ábra 6. ábra Ha az adalékanyag 4 mmes homokfrakiójának agyagiszap tartalma f > 3 térfogat % akkor w af tömegrész vízigénye a (3)ből számított w a értékhez képest növelendő az alábbi összefüggésnek megfelelően: ahol A értéke FN konziszteniára: KK konziszteniára: 5 K konziszteniára: F konziszteniára 5 W af w a + A. (f 3) (3) Ebből következik hogy f > 3 térfogat % agyagiszap tartalmú adalékanyag felhasználásakor (m ao ~ kg/m 3 átlagos adalékanyagtömeget alapul véve) a 3 térfogat % felett minden többlet % agyagiszap a betonkeverék vízszükségletét FN KK K és F konzisztenia mellett rendre kb. 3 4 és 5 iter/m 3 rel növeli. Ennek megfelelően az 59. 6. ábrákról leolvasható vízement tényezőkhöz
44 m 5 kg/m 3 mellett rendre (f3) 3; (f3) ; (f3) 7 és (f3) 33 míg m 5 kg/m 3 mellett ugyanebben a sorrendben (f3) 4; (f3) 6; (f3) 8 és (f3) értéket kell hozzáadni. és V p >V po mellett az x vízement tényező a () A vízement tényezőt a () szerint V ao :V a aránnyal kell módosítani amelynek jó közelítést adó értékeit a 6. ábráról lehet leolvasni. Az ábra az MI4.9 szerinti határgörbéknek megfelelő folyamatos szemeloszlású homokos kavisal készített FN és F konziszteniájú m 5 kg/m 3 ementtartalmú betonokhoz tartozó V ao :V a értékeket mutatja. Ha az adalékanyag szemeloszlása lépsős jellegű (nagy egyenlőtlenségi együtthatójú) akkor V ao :V a a 6. ábráról leolvashatónál 4 értékkel nagyobb ha pedig homokszegény (kis egyenlőtlenségi együtthatójú) akkor 4 értékkel kisebb. Ha a módosított vízement tényező számításához szükséges jellemzők ismeretesek akkor az adalékanyag pépigénye a (64) (65) a ementpép tényleges térfogata (V p ) a (4) ill. a hibátlanul tömörített beton V p péptartalma V p <V po Vao mellett V p Vp liter!m 3 (4) Va V p Vp V + V + V liter/m 3 (5) az adalékanyag V ao legnagyobb bedolgozható térfogata az (5) (64) és (65) a jól tömörített betonban a V a adalékanyag térfogat V p < V po mellett V a V ao liter/m 3 (6) V p > V po mellett V a Va V + V + V a betömörített friss beton V l levegőtartalma a (6) az esetleges bedolgozási hiány miatti V lb levegőtartalom a (8) vagy (9) az x módosított vízement tényező a () összefüggésekből számítható. PÉLDA 6. ábra w a w a liter/m 3 (7) A vizsgált beton D 6 mmes átlagos minőségű bányakavisból 35 ksp ementtel m ~ 35 kg!m 3 ementtartalommal s képlékeny konziszteniával készült. A beton szemrevételezéssel kielégítő minőségűnek tűnik. A szilárdság beslésének a módja a következő. A 6. ábra szerint az átlagos szemeloszlású adalékanyaghoz B görbe tartozik és a fenti adatoknak megfelelően x ~ 54 vízement tényező. A bányakavisban feltételezhető f 6 térfogat % agyagiszap ezért a (3) szerint w af kb. 3 6 értékkel nagyobb w a nál következésképpen m ao kg/m 3 t felvéve a többletvíz kb. liter/m 3 tehát x 54 helyett 54 + (/35) ~ 57 valószínű. Ha a betont túlvizezték akkor F konzisztenia is elképzelhető amelynek vízement tényezője a 6. ábra szerint x 6 és f 6 térfogat % miatt élszerű x 63 értéket figyelembe venni. A 6. ábra szerint a megadott adatokra K konzisztenia mellett V ao / V a ~ míg F konzisztenia mellett ~. A módosított vízement tényező tehát K konziszteniára x ~ 57~ 63 és F konziszteniára x ~ 63 ~ 7. A várható nyomószilárdság a (7) (9) ből:
45 K konziszteniára F konziszteniára alsó határ 7 MPa MPa átlag 9 MPa 4 MPa felső határ 34 MPa 8 MPa A példa szerinti beton nyomószilárdságának ingadozása a számítás szerint tehát 34 MPa értékűre besülhető. 7.. A beton összetételének a tervezése A betonkeverék vízement tényezőjét és ementtartalmát valamint a ement minőségét és az adalékszer fajtáját a szerkezet felhasználási területe határozza meg következésképpen összetételének ki kell elégítenie bizonyos követelményeket. Ezeket az MSZ 459 valamint a [79][8] foglalják össze. Néhány előírás példaképpen: a vasbeton szerkezetek betonanyagára x < 7; az f f5 fagyállóságú legalább 3 m vastag szerkezetre x 45 és légpórusképző adalékszer; a szulfátálló betonokra az agresszivitás mértékétől függően meghatározott ementfajta (pl. S54 35 p) x 5 és m ³ 3 kg/m 3 van előírva továbbá meg van kötve a levegőtartalom megengedett legnagyobb és a vízzáróság megengedett legkisebb értéke. A fentiekből következik hogy az összetétel tervezésének első lépéseként tisztázni kell a betont érő valamennyi hatást s igénybevételt a vízement tényező a ementtartalom a ementfajta és a tömörség ezekhez tartozó követelményeit végül ki kell számítani a követelmények kielégítése mellett várható nyomószilárdságot a 7..fejezetben ismertetett módon. A keverék tervezésére akkor van szükség ha az xre az m re a ementfajtára a levegőtartalomra ill. a tömörségre nins speiális egyedi követelmény vagy ha van akkor ezeknek a követelményeknek a kielégítésével az előírt szilárdsági jelet nem lehet elérni. A beton összetételének a tervezése négy szakaszból áll: az alapanyagjellemzők meghatározása vizsgálat és számítás útján a betonkeverék konziszteniájának a felvétele az adott konziszteniájú keverék alapjellemzőinek a számítása a beton összetételének a számítása és végül a meghatározott összetételű betonok nyomószilárdságának a beslése Dolgozatom 3.6. fejezeteiben részleteztem a számítás algoritmusait amelyeket e fejezetben a fenti tervezési szakaszok sorrendjében foglalok össze. Az alapanyag jellemzők közül a betonösszetétel tervezéséhez ismerni kell az adalékanyag finomsági modulusát és egyenlőtlenségi együtthatóját ezeket a szemeloszlás részletes vizsgálatának az eredményeiből lehet kiszámítani továbbá a ement kötőerejét és fajlagos felületét ezeket vagy vizsgálni kell az MSZ 53 szerint vagy besülni lehet a ement szilárdsági jele alapján. Az m és az U segítségével lehet kiszámítani az adalékanyag pépigényét és vízigényét az S segítségével lehet meghatározni a ement vízigényét és ebből a tiszta ementpép összetételét (ement és víztartalmát). A számítás menetét az. tervezési séma foglalja össze. A betonkeverék konziszteniáját felhasználásának a helyétől és módjától függően a [79] szerint kell felvenni. A konzisztenia függ a készítési feltételektől (a vasalás sűrűsége a szerkezet geometriája a szállítás és a tömörítés módja) ill. a különleges követelményektől (pl. kopásálló beton legfeljebb KK konziszteniájú lehet). A beton konziszteniáját bármely konziszteniavizsgáló eszközzel ellenőrizni lehet a. tervezési séma a víztartóképesség (k s ) és a tömörödési tényező (k CF ) mérőszámait adja meg. A beton összetételének a számításához szükséges algoritmusokat a 3. tervezés séma foglalja össze. A számítás két módja lehetséges: o vagy a ementtartalmat kell megszabni (pl. a vasbeton szerkezetekhez elő van írva a legkisebb megengedett ementtartalom [79]) és a vízadagolást valamint az adalékanyagtartalmat kell meghatározni o vagy a vízement tényezőt kell megszabni (pl. igen kopásálló betonra x 45 [79]) és meg kell határozni a ement a víz valamint az adalékanyagtartalmat. A számításokhoz szükséges segédtényezők az. és a. tervezési sémákban találhatók.
46 Adalékanyagjellemzők Cementjellemzők Vizsgálat: részletes szemeloszlás Vizsgálat: S m /kg MSZ 53 Számítás: åai Finomsági modulus: m Egyenlőtlenségi együttható: U d 7 / d y lg d lg d d7.( 7 ) y a + lg d a a y lg d3 lg d4 d y. a4 + lg d a3 a4 Pépigény: V po liter/m 3 ( ) ha k s ³ 4 akkor V po4 æ m ö æ U 5 ç34 + 5lg 38. e. çm 54. e è 4 ø è. ks ha k s < 4 akkor V pos V po + 45 e 4. U 5 Vízigény f 3 térfogat % mellett: B m w a A. tömegrész. (. k ) e 35 B s A 3. e. (. k ) 3 3. s 7. Vízigény f > 3 térfogat % mellett: e ö ø w af w a + C. (f 3) tömegrész FN: C; KK: C5; K: C; F: C5 Számítás: Vízigény: w tömegrész w 35.(. ks ) [ 3 + 8. ( S )] e Adott konziszteniájú pép ementtartalma: m p + w 3 kg/m 3 Adott konziszteniájú pép víztartalma: Közelítés: 35es ement: 45es ement: 55es ement: m wp w. m p kg/m 3 S 3 m /kg S 34 m /kg S 48 m /kg. tervezési séma Szabadon választott: konzisztenia (k s és k CF mérőszámmal jellemezve) AFN FN KK K F Ö k s : > 3 3 65 4 8 k CF : < 775 7685 869 9396 > 96 Számítás Adalékanyag legnagyobb tömege: m ao ( V pos ) 64 kg/m 3 Alapvíztartalom: m wo w a m ao vagy w af m ao kg/m 3 Mértékadó ementtartalom: m m w wo kg/m 3 m Alapementtartalom: m 3 kg/m 3 A vízadagolás számítási állandói: Dm m p m és Dm w m wp m wo. tervezési séma
47 Szabadon választott: m kg/m 3 vagy x vízement tényező Számítás Számítás Szükséges vízadagolás: m w Szükséges ementtartalom: m kg/m 3 m m : m w m wo m m : m m wo / x m <m < m : Dm Dm m w m wo + w ( m m ) m > m : m > m : m w m wo Dm Dm + w ( m m ) + ( m. w m ) wo m <m < m : m m m wo Dmw m Dm Dmw x Dm Dmw mwo m Dm æ Dmw x ç w + è Dm ö ø továbbá mindkét esetre: m V p + mw V + Vw liter/m 3 3 DV p V p V po liter/m 3 V p V po : m o m ao kg/m 3 V a 64 m a liter/m 3 V ao V po liter/m 3 V p ³ V po : m a 64 ( V p ) kg/m 3 3. tervezési séma A várható nyomószilárdság beslésére a 4. tervezési séma ad tájékoztatást. Két módja van: közelítő számítással és vizsgálattal. A közelítő számításra a 7.. fejezetben megadott (7) () összefüggések használhatók amelyeket az ÉTI ben 978 989 között végzett betonvizsgálataim eredményeiből határoztam meg. A (7) és () a nyomószilárdságok várható alsó határértékeit adják ezért ezekkel az összefüggésekkel a beslés biztonságos de nem feltétlenül gazdaságos. A (8) és () ből a legnagyobb valószínűséggel várható átlagos nyomószilárdságok számíthatók de egyegy estben a számított értéknél 3 MPalal kisebb értékek is előfordulhatnak. A beslés lényeges adata a betömörített friss beton testsűrűsége alapján számított V l levegőtartalom amely sak próbatestek készítésével ellenőrizhető szabatosan a testek térfogatának szabatos meghatározásával. A közelítő számítás során a keverék várható bedolgozhatóságából kell kiindulni s általában élszerű a biztonság érdekében V lb liter/m 3 levegőtartalmat felvenni. Amennyiben V p < V po akkor természetesen V l DV p további levegőtartalmat minden esetben figyelembe kell venni. A várható nyomószilárdság vizsgálaton alapuló üzemi beslésére akkor van lehetőség ha az üzem sorozatban készít ugyanazzal a ementfajtával kis és nagyszilárdságú betonokat s ezek minőségének ellenőrzése elegendő adatot ad az A és a B állandók számításához. A vizsgálattal alátámasztott szilárdságbeslő függvény meghatározható olyan vállalati laboratóriumban is ahol mód van a próbakeverésre. Ez esetben a 4. tervezési séma szerinti. és. keverékeket élszerű több alkalommal (pl. egy héten át minden nap) elkészíteni és a képlet állandóinak a kiszámításához az átlagos nyomószilárdságot alapul venni. A következő fejezet példát tartalmaz a betonösszetétel meghatározására.
48 Közelítő számítás: A tömör beton (V l ) nyomószilárdsága : R A e ahol B x o v ao x x és DV p li Va ter/m 3 mellett: 35es ementekre 45es ementekre alsó határ átlag felső határ alsó határ átlag felső határ A 4 96 8 8 8 7 B 46 44 4 4 39 36 Ha V l > akkor akkor R R 35(. V ) 3 l R o e MPa. Ha a telítetlen beton jól van tömörítve (V lb ) o R e 35. é êë 3 ( V ) ù po V ú û po o MPa Vizsgálat: Két betonkeveréket kell készíteni az adott adalékanyaggal és ementtel a szükséges konziszteniával a nyomószilárdság 8 napos vizsgálatára. A bedolgozott beton g b (kg/m 3 ) testsűrűségét szabatosan meg kell határozni.. keverék: m ~ m. Ha a ement:víz:adalékanyag tömegaránya :w:a akkor n +w+a (a :a élszerűen :3 lehet) és m (g b / n). m w (g b / n).w m a (g b / n).a kg/m 3. A levegőtartalom: V l {(m / 3) + m w + (m a / 64)} (V + V w + V a ) liter /m 3. Ha a mért nyomószilárdság V l > mellett R MPa akkor a tömör (V l ) beton R o nyomószilárdsága: R 3 l 35. (. V ) o R e MPa. A vízement tényező: x m w / m a módosított vízement tényező: x x. (V ao / V a ). Megjegyzendő hogy a ementtartalom a. tervezési séma a szükséges vízadagolás és adalékanyag tartalom a 3. tervezési séma szerint is számítható..keverék: élszerűen V p V po. Az adalékanyag adott konziszteniához tartozó V po ks pépigényét az. tervezési séma szerint kell kiszámítani. A beton ementtartalma (m o kg/m 3 ): ha m o m v akkor m ( V m ) 3 kg/m 3 ha m o > m akkor m o V po o po wo Dmw + m m Dm Dmw + 3 Dm wo kg/m 3 Vizsgálandó: V l (mint az első keverék esetében) továbbá R nyomószilárdság. Ha V l > 35. (. V ) akkor ki kell számítani a tömör beton R R R e 3 l MPa nyomószilárdságát. Mivel V p V po ezért x x. Az R B. x o A e függvény állandói: x ln R x ln R A és x x R ln B A x ln R A x 4. tervezési séma 7.3. Példa a beton összetételének tervezésére Az alábbikban bemutatom a 63. ábra szerinti szemeloszlású homokos kavisal és 35 ksp ementtel készített képlékeny konziszteniájú (k s 5) betonok összetételének és nyomószilárdságának tervezését az. 4. tervezési sémák segítségével.
49 63. ábra Az. tervezési sémának megfelelően az adalékanyag jellemzői: m 638 és U 63 továbbá V po4 35 357 478 8 liter/m 3 valamint V po5 8 + 45 exp 5 8 liter/m 3. Az adalékanyag vízigénye az. tervezési séma szerint: w a 68 exp( 8 638) 836 tömegrész A ement jellemzői az. tervezési séma szerint S 3 m /kg és vízigénye: w (3+8 ) exp(35 5 5 ) tömegrész Az adott konziszteniájú pép ement és víztartalma: m p 64 kg/m 3 és m wp 47 kg/m 3. A képlékeny konziszteniájú keverék alapjellemzői a. tervezési sémának megfelelően: m ao () 64 57 kg/m 3 m wo 57 836 7 kg/m 3 m 7 / 86 6 kg/m 3 m 6/3 kg/m 3 A ementtartalomból vagy a vízement tényezőből kiinduló számításhoz szükséges állandók: Dm 64 44 kg/m 3 és Dm w 47 7 98 kg/m 3. A betonösszetételeket a 3. tervezési séma szerint lehet megállapítani. Az adatokat a 9. táblázat tartalmazza: első részben a ementtartalom második részben a vízement tényező felvételével számított értékeket soportosítottam. A nyomószilárdságokat a (7) (9) összefüggésekből határoztam meg. Ha DV p < akkor R o R o (nins péphiány) ha viszont V p < akkor a péphiány miatt R o < R o. A 9. táblázatban m 5 kg/m 3 mellett a péphiány 85 liter/m 3 ezért a jól tömörített betonok R o nyomószilárdságának alsó átlag és felső értéke rendre: 44; 53 és 7 MPa. 64. ábra
5 A számítási eredményekből élszerű a 64. ábra szerinti nomogramot szerkeszteni melyről bármilyen átlagos nyomószilárdsághoz tartozó betonösszetétel leolvasható. Ha például R o 8 MPa átlagos nyomószilárdságú betont kell készíteni a 64. ábra szerinti alapanyagokból akkor a betonöszszetételek a következők: alsó határértékre: m 33 kg/m 3 V p 9 liter/m 3 x 36 m w 85 kg/m 3 V a 78 liter/m 3 x 68 m a 87 kg/m 3 R o [a (7)ből] 8 MPa átlagos értékre: m 37 kg/m 3 V p 8 liter/m 3 x 596 m w 83 kg/m 3 V a 78 liter/m 3 x 647 m a 896 kg/m 3 R o [a (8)ból] 8 MPa felső határértékre: m 66 kg/m 3 V p 65 liter/m 3 x 67 m w 79 kg/m 3 V a 735 liter/m 3 x 7 m a 94 kg/m 3 R o [a (9)ből] 8 MPa A beton összetételének a tervezésekor a biztonság érdekében élszerű V lb liter/m 3 ( térfogat%) levegőtartalmat számításba venni következésképpen a 9. táblázat szilárdságait rendre meg kell szorozni exp( 35 3 ) 97 értékkel és a 64. ábra szerinti nomogramot ezekre a szilárdságokra kell megszerkeszteni. A módosított ábráról adott átlagos nyomószilárdsághoz nagyobb ement és víztartalom kisebb adalékanyagtartalom olvasható le mint a V lb felvételével szerkesztett ábráról. 7.4. A betonösszetétel meghatározása adott szilárdsági jelre A 7.3. fejezetben adott átlagos nyomószilárdságú beton összetételének tervezését mutattam be. Ismeretes hogy a vasbeton szerkezetek méretezésének új MSZ 5 szabványa részben valószínűségi elveken alapul s ehhez kapsolódik a minősítés új MSZ 47 szabványa amely a beton küszöbszilárdságát írja elő. Az MSZ 47 készítésekor szakirodalmi adatok alapján pl. [8] [83] két alapvető feltételezést fogadtak el: ü a beton nyomószilárdságának variáiós tényezője általában v 5 % és ü a nyomószilárdság valószínűségi eloszlása megfelel a Gaussféle normális eloszlásnak. Ha az R knom minősítési szilárdságot az 5 % alulmaradási valószínűséghez rendeljük akkor a normális eloszlás feltételezésével: R knom _ R 645 s (8) ahol s a nyomószilárdság négyzetes szórása MPa. Minthogy a szakirodalom alapján feltételezhető volt hogy v 5 % ezért s 5 R következésképpen illetve _ R knom _ R 645 5 _ R 7535 _ R MPa (9) _ R 3758 R knom MPa () A korábbi MSZ 47 azt követelte meg hogy az egy keverésből vett 3 db mes próbakoka átlagos nyomószilárdsága kp/m ben kifejezve legyen egyenlő vagy nagyobb a beton szilárdsági _ jelénél. Ezért pl. B betonra R ³ kp/m ( MPa). Az új MSZ 47 az ismertetett feltételezések alapján ennek a betonnak a minősítési szilárdságát R knom 7535 5 MPaban szabta meg ill. Æ5 3 mes hengeren vizsgálva: R kæ nom 3 MPa. Következésképpen a régi B jelű beton az új szabvány szerint C 3 jelűnek felelne meg. Megjegyzendő azonban hogy az új szabvány nem a régi B 5. B 56 jelűekre pontosan illeszkedő betonosztályokat hanem a nemzetközi gyakorlatban alkalmazott C 4. C 55 betonosztályokat írt elő. Függetlenül azonban a betonosztályok változásaitól az új betonosztályokhoz tartozó átlagos nyomószilárdság akkor felel meg a régi szabvány szerinti minőségnek ha fennáll a () szerinti egyenlőség. Elvileg lehetséges tehát hogy a beton összetételét az R knom ból a () szerint kiszámított átlagos nyomószilárdsághoz rendeljük de figyelembe kell venni hogy a C jel az Æ5 3 mes hengeren mért nyomószilárdságra vonatkozik a beton minőségének az ellenőrzésére azonban 5 m vagy m élhosszúságú kokákat használunk. Az eltérő méretű és alakú próbatestekhez tartozó minősítési szilárdságokat az MSZ 47 foglalja össze. Például a C jelű beton 5 m élhosszúságú
5 kokával ellenőrzött minősítési szilárdsága: R k5nom 5 MPa ezért az ugyanerre a kokára vonatkoztatott átlagos nyomószilárdság a () szerint: 3758 5 ~ 33 5 MPa. Ha ezt a C jelű betont a 63. ábra szerinti adalékanyaggal és 35es ementtel készítik akkor összetétele a 64. ábráról olvasható le a 7.3. fejezetben ismertetett módon. A betonösszetétel meghatározásának ez a módszere azonban nem ad mindig megfelelő eredményt mert a példa szerinti esetben felvett MPa átlagos nyomószilárdság sak v 5 %ra azaz s 3 MPa szórásra illeszkedik. Ha a tényleges szórás ennél nagyobb akkor nagyobb átlagos nyomószilárdságra van szükség ha pedig kisebb akkor a MPara meghatározott betonösszetétel nem gazdaságos. A tényleges szilárdsági szórást általában nem ismerik és sak ritkán van arra lehetőség hogy az MSZ 47 szerint megvizsgálják. Ezen túlmenően a Gaussféle normális eloszlás sem bizonyult általánosan elfogadhatónak [84] hanem a beton nyomószilárdságától és a munkahelyi adottságoktól függő ferdeségű lehet. Ezt az MSZ 47 a k ferdeségi együtthatóval kísérelte meg figyelembe venni a [84] alapján de a sűrűségfüggvény a szabványban feltételezettektől eltérően is alakulhat ezért a k együttható alkalmazása sem ad teljesen megnyugtató eredményt. A beton nyomószilárdságának ingadozása szórása nem véletlenszerű hanem meghatározott tényezőktől függ. Ha tehát a szórást befolyásoló tényezők közül kiválasztjuk a legfontosabbakat s e tényezők gyakorlatilag várható legkedvezőtlenebb értékeire állapítjuk meg a betonösszetételeket akkor az ezekkel az összetételekkel elérhető nyomószilárdságok a várható minimális nyomószilárdságok lesznek. Ebből viszont az következik hogy ezzel a módszerrel minősítési szilárdságot megbízhatóan kielégítő betonösszetételt lehet meghatározni. A nyomószilárdság ingadozását a dolgozatomban ismertetett számítási módszerekkel meg lehet határozni. Példaképpen a következő előírt összetételű beton nyomószilárdságának várható ingadozását ellenőriztem különböző a szilárdságot befolyásoló tényezők változásának a hatására (lásd 9. táblázat és 64. ábra): D 4 mm> m 638; U 63; 35es ement; képlékeny konzisztenia (k s 5); V po 5 8 liter/m 3 ; m 3 kg/m 3 ; m a 893 kg/m 3 ; V p 83 liter/m 3 ; x 59; x 64; a (8)ból számított átlagos szilárdságú ement alkalmazásakor elérhető nyomószilárdság: R o 83 MPa. A nyomószilárdság várható szélső értékeinek számításakor sak egyegy tényező elkülönített változását vettem figyelembe minden más tényező változatlan maradt. Számításaim eredményei a következők: a) A ementtartalom változása: m 35 35 3 3 95 35 9 33 x 6 58 6 57 6 563 63 554 V po 84 846 798 86 78 878 765 893 x 65 633 66 64 669 66 68 68 R o 75 9 69 97 63 34 55 3 Megjegyzés: a vízadagolás változatlansága miatt a konzisztenia kismértékben változik. b) A ement kötőerejének a változása: alsó határ (7) átlag (8) felső határ (9) R o 6 83 39 ) Az adalékanyag finomsági modulusának a változása: m 68 648 68 668 578 698 538 738 488 788 V po 39 76 33 3 356 7 5 846 677 76 m w 854 83 897 769 973 75 58 648 38 555 V p 854 83 897 769 973 75 358 648 338 555 x 649 637 663 63 69 66 75 59 79 558 R o 77 87 67 98 47 3 3 37 359
5 d) Az adalékanyag agyagiszap tartalmának a változása: f 3 4 5 6 7 8 9 m w 83 868 93 938 975 45 8 V p 83 868 93 939 975 3 345 38 x 59 63 64 66 637 649 66 67 x 64 659 674 69 77 74 739 756 R o 83 7 59 48 38 7 8 9 e) A konzisztenia vízadagolás változása k s 5 5 3 V po 6 49 8 8 89 54 m w 98 867 83 88 756 V p 3 98 867 83 88 756 x 645 6 6 59 583 566 x 73 68 656 64 633 63 R o 34 54 7 83 9 36 f) A betömörített friss beton tömörségének a változása: V l 3 4 5 6 R 73 6 45 9 3 98 A fenti számítások eredményeit a 65. és a 66. ábrákon mutatom be amelyekről leolvasható hogy a nyomószilárdság akkor ingadozik ± MPa értékkel ha a ementtartalom eltérése ± 5 kg/m 3 ; a felhasznált adott szilárdsági jelű ement tényleges kötőereje szinte a teljes tartományt lefedi; az adalékanyag finomsági modulusának eltérése ± 35; az adalékanyag agyagiszap tartalmának eltérése ± térfogat %; a betonkeverék konziszteniája az előírt képlékeny tartományon belül marad; a friss bedolgozott beton levegőtartalmának eltérése ± 5 liter/m 3. 65. ábra A betonkészítés tehnológiájából következik hogy a ementtartalom ingadozása sekély mert a mérlegek ± % pontossággal adagolnak (m 3 kg/m 3 mellet tehát ± 6 kg/m 3 lehet az eltérés) s sak akkor lesz a ementtartalom ingadozása ennél nagyobb ha az adalékanyag ned
53 vességtartalmát nem veszik figyelembe (ez ementadagolástöbbletet okoz). Ezért a ementtartalom vagy a ementkötőerő változása nem járhat jelentős szilárdságváltozással. Az adalékanyag finomsági modulusának ± 35nél nem nagyobb változása sak akkor várható ha az adalékanyagkeveréket élesen osztályozott legalább három frakióból állítják össze. Osztályozatlan adalékanyag használatakor az m ± 5 értékkel is ingadozhat. Az agyagiszap tartalom változása a lelőhelyeken ± 5 térfogat %ot is elérhet ezért mosatlan adalékanyagban az agyagszennyeződés eltérése ± térfogat %nál nagyobb. A betonkeverék konziszteniája általában az előírt tartományon belül marad (bár kétségkívül a lágyabb határ közelében) és a bedolgozott friss beton levegőtartalmának eltérése szokványos bedolgozási körülmények között nem lépi túl a ± 5 liter/m 3 t. A fentiekből következik hogy ha egy adott szilárdsági jelű 66. ábra beton összetételét az adalékanyag várható legkedvezőtlenebb szélső értékéből valamint az előírt konziszteniatartomány lágyabb határértékéből kiindulva V l liter/ 3 felvételével illesztjük a minősítő szilárdsághoz akkor a durva hibáktól eltekintve a keverékekből készített beton legkisebb szilárdsága a minősítő szilárdsággal lesz egyenlő. A sak költséges vizsgálatokkal ellenőrizhető szórás helyett tehát az adalékanyagtulajdonságok várható alsó határértékeit kell megállapítani (ez egyszerű módon vizsgálható vagy nagy biztonsággal besülhető) valamint fel kell mérni a készítési tehnológia kedvezőtlen hatásait (adagolási pontatlanság az adalékanyag nedvességtartalom és a konzisztenia változásai a tömörítési hiány miatti levegőtartalom) amelyekre már elegendő gyakorlati tapasztalatok vannak. Az alsó határértékeken alapuló módszer már sak azért is szabatosabb a szóráson alapulónál mert a szilárdságot meghatározó ement tulajdonságait kizárólag az alsó határértékekkel (kötőerő őrlésfinomság) lehet szabályozni ezért a betonösszetétel tervezése ill. a minősítés ellentmondásai feloldhatók. Az ellentmondás elsősorban abból ered hogy a teherbírás ellenőrzésekor a szükségesnél nagyobb szilárdságok ugyanolyan kedvezőtlenül sokszor kedvezőtlenebbül hatnak a szórásra mint a szükségesnél kisebb szilárdságok. be. A következő fejezet a betonösszetételnek a minősítési szilárdsághoz való illesztését mutatja 7.3. Példa a beton összetételének a minősítő szilárdsághoz való illesztésére A 7.3. fejezetben bemutatott példában az adalékanyag jellemzői: D 4 mm; m 638 és U 63. A betonkeverék konziszteniája képlékeny (k s 5) a ement 35 ksp jelű. Ha az adalékanyagot két frakióból (dunai homokból és dunai kavisból) állítják elő akkor a finomsági modulus alsó határértéke m ~ 57re tehető az U valószínűleg sökken de kedvezőtlenebb ha változatlan marad (ekkor ugyanis kisebb a pépigény és így nagyobb a DV p ) az agyagiszap tartalom kedvezőtlen esetben f 6 térfogat % a képlékeny konzisztenia leglágyabb határértéke k s ~. A szilárdságot a ement alsó határértékéhez tartozó (7) függvényből lehet kiszámítani V lb liter/m 3 feltételezésével. Ezekhez a kiinduló adatokhoz a. táblázatban összefoglalt betonösszetételek tartoznak amelyeknek a 64. ábra szerinti faldolgozása a 67. ábrán látható. _ A 7.3. fejezetben kidolgozott 64. ábrán R 8 MPa átlagos nyomószilárdságú beton összetételének a leolvasását mutattam be. A (9)ből számítva ennek minősítési szilárdsága R knom MPa. A 67. ábrán a MPa nyomószilárdsághoz tartozó betonösszetétel meghatározását vékony szaggatott vonallal jelöltem az eredmények: m 37 kg/m 3 ; m w 4 kg/m 3 ; m a 8 kg/m 3 ; x 65; V p 3 liter/m 3 ; V po 44 liter/m 3 ; x 685; R o 3 MPa és V l liter/m 3 mellett: R MPa. Ez a betonösszetétel összevethető a 7.3.fejezetben a ementszilárdság alsó határértékével számított adatokkal: a ementtartalom gyakorlatilag ugyanannyi a 67. ábráról kb. kg/m 3 rel nagyobb víztartalom és emiatt kb. liter/m 3 rel azaz kb. 5 kg/m 3 rel kevesebb adalékanyagtartalom olvasható le. Ez tehát azt jelenti hogy a példa szerinti feltételek mellett mindkét tervezési eljárással
54 (összetétel tervezése átlagos nyomószilárdságra ill. minősítési szilárdságra) gyakorlatilag ugyanazt a ementtartalmat lehet meghatározni. 67. ábra Ha az adalékanyagot kettőnél több frakióból (pl. 4 és 44 mm) állítanánk össze akkor m alsó határa kevésbé térne el az átlagtól mint két frakió mellett és ez esetben a minősítési szilárdságra számított ementtartalom valamivel elmaradna az átlagos nyomószilárdságra számított értéktől a szilárdsági szórás sökkenése miatt. 7.6. Az értekezés szilárdságbeslő eljárásának összevetése egyéb hazai vizsgálatok eredményeivel A beton nyomószilárdságát meghatározó egyik lényeges paraméter az adalékanyag pépigényének és a beton péptartalmának a viszonya azaz a beton telítettsége. Ennek hatását az elmúlt évtizedben a BME Építőanyagok tanszékén PALOTÁS BALÁZS THANH és ZSIGOVICS több alkalommal vizsgálták eredményeik az értekezésemben közöltekkel többnyire azonos tendeniákat mutattak ki de a péptelítettség hatásának a megítélésében eltérő következtetéseket is megengedtek. A következőkben az ellentmondásokat kísérelem meg feloldani. A pépigénnyel bizonyos mértékig arányos az adalékanyag halmazának a hézagtérfogata (V H liter/m 3 ) amelynek számítására PALOTÁS korábban [86] vizsgálatai alapján az alábbi kifejezést javasolta: V H 37 (9 + 5 D) lg (m ) liter/m 3 () A fenti képletből számított hézagtérfogatok alapján meghatározott tömörség m és D függvényében a 68. ábrán látható. Megjegyzem hogy ez az összefüggés sak azonos graduáltságú szemsés halmazokra lehet érvényes. PALOTÁS () képletének az a felismerése lényeges hogy a maximális hézagtérfogat egyszemsés adalékanyaggal érhető el (ezt fejezi ki a képlet 37 liter/m 3 állandója) s ha nem egyszemsés akkor a hézagtérfogat sökken.
55 Az azonos gömbökből álló halmaz hézagtérfogata számítható {lásd 4..fejezet [54] [56] ill. (5}. A gömbök leglazább elhelyezkedésekor (69/a ábra a 9 o ) és az (5)ből V H 4764 liter/m 3 míg a legtömörebb elhelyezkedéskor (69/b ábra a 6 o ) V H 39 liter/m 3 függetlenül a legnagyobb szemnagyságtól. 68. ábra Adott D mellett sokféle szemeloszlást lehet e lőállítani azonos finomsági modulussal (lásd 54. ábrát) ill. ugyanolyan finomsági modulusú szemsehalmaz 69. ábra alakítható ki változó D mellett ahogyan azt példaképpen a 7. ábra mutatja. Mindkét esetben (54. és 7. ábra) az eltérő graduáltság az U egyenlőtlenségi együtthatóval fejezhető ki amelynek legkisebb értéke egyszemsés adalékanyagra U 5 s bármilyenmás graduáltságra U > 5. Megjegyzendő hogy azonos graduáltságú de eltérő szemnagyságú halmazok egyenlőtlenségi együtthatója Dvel arányos tehát az U a D hatását is tartalmazza. SLICHTERtől függetlenül egyszerű geometriai megközelítéssel magam is azonos eredményhez jutottam. Felvéve mm 3 m 3 térfogatú kokát ebbe a 69/a ábrának megfelelő illeszkedés mellett (a 9 o ) pl. D mm átmérőjű gömbökből n 6 db. szemse helyezhető el. Egy szemse térfogata V 536 mm 3 az n 6 db. szemséé tehát 536 m 3 ezért a hézagtérfogat V H 4764 liter/m 3. A 69/b ábrának megfelelő elrendezésben D mm mellett a szemsék száma minthogy két irányban n db. szemse helyezhető el n / {D (D/) } 5 547 db és egy irányban n db. szemse helyezhető el n 547 547 33 6 db. ezért a szemsék összes térfogata 698 m 3 következésképpen a hézagtérfogat V h 3.9 liter/m 3. A gömb alakú szemsékből álló halmazok hézagtérfogatának szélső értékei a fenti számítások szerint: 3 476 liter/m 3. A száraz szemsékből álló halmazban a szemsék elhelyezkedése a 69/a 69/b ábra szerinti szélső esetek között várható 7 8 o illeszkedési szöggel. A megfelelően nedvesített és jól tömörített halmazoké viszont megközelítheti az a 6 o illeszkedési szöget is. Kísérleteim szerint egyszemsés dunai kavisból képzett halmazok hézagtérfogata ( pépigénye) a FN konziszteniánk megfelelő vízmennyiséggel keverve és HILTIkalapásal tömörítve a (64) első tagjának megfelelően V po4 34 + 5 lg(m/4) liter/m 3 () és ez feltételezhetően azzal magyarázható hogy bár a kavisszemsék nem gömbalakúak de vibropréselés mellett a nedves halmaz közel a legtömörebb állapotot éri el. A hézagtérfogatot befolyásoló tényezők között a betontehnológiai kutatásban általában a D és az m értékét találták legfontosabbnak míg a talajmehanikában U értékét. THANH [87] D 4 mm homokbetonnal végzett vizsgálatai eredményeképpen a száraz betonkeverék hézagtérfogatát V H 45 t 3 e K(D t) (3) függvénnyel fejezte ki ahol s ; m A az Abramsféle finomsági modulus; S a homok fajla t az ún. finomsági tényező: t m A / gos felülete m /kg 7. ábra
56 D a legnagyobb szemnagyság: mm D 4 mm 7. ábra K a legnagyobb szemnagyságtól a graduáltságtól és a t finomsági tényezőtől függő érték. A (3)ból számítható V H V po a 7. ábra szerint hullámfüggvény jellegű összefüggést ad a finomsági tényező függvényében [v.ö. a (6) képlettel] képlékeny homokbetonokra értelmezve és ezért minden bizonnyal értékét az adalékanyag víztartó képessége is befolyásolja. A zúzottkő adalékanyag hézagtérfogatát ZSIGOVICS [88] vizsgálta és az alábbi összefüggést határozta meg: a ln U V H A liter/m 3 (4) b + ( m ) ahol A a b és a Dtől függő kísérleti állandók az alábbiak szerint: D mm 8 5 A 46 44 4 38 A 984 878 979 963 B 9 35 47 88 C 38 375 38 38 A (4) képletből m és D függvényében D 8 és 35 mmre rendre U 5 5 és 3 értékeket felvéve a 7. ábra szerinti V H V po értékek számíthatók. Megjegyzendő hogy ZSIGOVICS (4) összefüggése is hullámfüggvényjellegű görbét ad a legkisebb hézagtérfogatokat m mellett lehet elérni míg < m < mellett a V H egyaránt növekszik. A [86] [88] valamint a [48] alatti kutatások eredményeit 7. ábra: értekezésem 4.. 4.3. fejezeteinek eredményeivel összehasonlítva az állapítható meg hogy a képlékeny adalékanyagkeverékek tömörségére kapott adatok tendeniájukban megegyeznek; a T f (D m U) összefüggés hullámfüggvénnyel írható le. A képlékeny keverékek tömörségének a változását azonban a víztartó képesség is befolyásolja ahogyan ezt a 4... fejezetben kifejtettem ezért sak FN konzisztenia mellett állhat fenn V po és V H egyenlősége lágyabb konzisztenia mellett V po < V H várható különösen nagyobb finomsági modulusok mellett. A péptartalomnak a nyomó ill. a húzószilárdságra gyakorolt hatását BALÁZS több esetben is vizsgálta [89] [9] és azt állapította meg hogy (idézet): az azonos konziszteniamérőszámú azonos korú betonok nyomószilárdságai jó közelítéssel olyan egyenesen fekszenek amelynek töréspontja van ha a szilárdságot a finomrésztartalom (ement + 5 mmnél kisebb adalékanyag) függvényében ábrázoljuk. Jellegzetes öszszefüggései közül egyet a 73. ábrán mutatok be (D 6 mm m 84; U ~ 4 homokos kavis). Az ábra szerint 8 napos korban m + m fh ~ 4 kg/m 3 nél (9 napos korban ~ 3 kg/m 3 nél) töréspont tapasztalható. Hasonló eredményekhez jutott THANH is [87] aki azt állapította meg hogy ez a töréspont V p > V po mellett észlelhető és ebből határozta meg az ún. gyakorlati 73. ábra telítettség fogalmát. Véleménye szerint a ementadagolás és a szilárdság a gyakorlati telítettségű homokbetonkeverékekre a legkedvezőbb. BALÁZS feltételezte [89] hogy az optimális finomrésztartalom (ement + finomhomok) a konzisztenia függvénye. Az 5. táblázat adataiból néhányat (m 655) a 74. ábrán a 73. ábrának megfelelően dolgoztam fel. Az ábrán feltüntettem a mért R (MPA) valamint a tömör betonra átszámított R o (MPa) értékeit. BALÁZS feltételezését [89] a finomrésztartalom szilárdság konziszteniától való függésére vizsgálataim is igazolják. Eredményeim szerint azonban töréspont az FN és a KK konziszteniájú betonokra sak akkor jelentkezik ha az adatokat R függvényében szerkesztjük meg. Ennek az az oka hogy a
57 nagyobb ementtartalmú FN és KK konziszteniájú keverékek ragasossá válnak a szokványos laboratóriumi tömörítőeszközökkel nehezebben dolgozhatók be és ezért bizonyos ementtartalmak fölött V lb értéke általában növekszik. A töréspont ennek a következménye. Ha a tömör betonra átszámított R o nyomószilárdságnak és a ementtartalomnak az összefüggését vizsgáljuk akkor töréspont helyett inflexiós pont alakul ki az m R o függvényben. BALÁZS egyébként helytálló megállapítása így pontosítható. 74. ábra Az inflexiós ponthoz tartozó péptartalom ill. ementtartalom egyértelműen meghatározható ha az egységnyi térfogatú péppel ill. egységnyi tömegű ementtel elérhető nyomószilárdságokat határozzuk meg azaz a pép ill. ementtartalom függvényében R o / V p ill. R o / m értékeit ábrázoljuk. Az 5. táblázat adataira ezek az összefüggések a 75. ábrán láthatók: a 75/a ábrán R o / V p és a 75/b ábrán R o / m értékei vannak feltüntetve. 75. ábra A péptartalom hatását az 5. 53. és az 56. ábrák mutatják amelyek egyrészt azt igazolják hogy változatlan vízement tényező mellett mindig a telített beton a legnagyobb nyomószilárdságú másrészt ezek az ábrák azt is bizonyítják hogy változatlan konzisztenia mellett mindig a legnagyobb péptartalmú keverékkel lehet a legnagyobb nyomószilárdságot elérni. Ha viszont azt vizsgáljuk hogy egységnyi térfogatú ementpéppel mikor lehet a legnagyobb viszonylagos szilárdságú keveréket készíteni akkor ezt a 75/a ábráról lehet leolvasni. Az adatok a következők:
58 m FN KK K F 655 335 36 4 445 5596 375 45 44 5 49 4 46 48 54 Ezek az értékek jó közelítéssel a legnagyobb péptartalmú túltelített betonkeverékek az 5. ábra szerinti értelmezésben. Ennek az a magyarázata hogy adott konzisztenia elérésére ettől a péptartalomtól kezdve kell jelentősen fokozni a vízadagolást amelyet ettől kezdve jobban befolyásol a ement minta az adalékanyagvízigény {lásd 5. ábra ill. a (39) (4) képletek} és a fokozott hígítás a viszonylagos nyomószilárdságot sökkenti. A ementtartalom hatását egyrészt BALÁZS [89] vizsgálataiból származó 73. ábra és az 5. táblázatból szerkesztett 74. ábra másrészt a 75/b ábra mutatja. A 73. 74. ábrákból megállapítható hogy a ementtartalom növelésével kezdetben erőteljesebben később mérsékeltebben növekszik a nyomószilárdság; adott konzisztenia mellett a legnagyobb nyomószilárdság a legnagyobb ementtartalommal érhető el. A 75/b ábráról viszont azok a ementtartalmak olvashatók le amelyek mellett a viszonylagos nyomószilárdság (az kg ementtel elérhető MPaban kifejezett nyomószilárdság) a legnagyobb. Ezek a ementtartalmak (kg/m 3 ) az alábbiak. Az 5. táblázat szerint ezeknek a ementtartalmú betonoknak a vízement tényezője jó közelítéssel x 4. m FN KK K F 655 34 4 46 57 5596 38 46 54 6 49 43 5 58 66 Az hogy a legnagyobb viszonylagos nyomószilárdság az adalékanyag minőségétől és a konziszteniától függetlenül x ~ 4 vízement tényezővel érhető el a ement hidratáiójának és a vízement tényezőnek az összefüggésével magyarázható. TAPLIN [73] adataiból a 8 napos korban kötött víztartalomra meghatározott (9) képlet szerint ugyanis x < 4 mellett w k értéke fokozottabban sökken mint amilyen mértékben x > 4 mellett növekszik. Ezt a 76. ábráról lehet leolvasni: folytonos vékony vonal ábrázolja a TAPLIN adataiból számított w k értékeket a szaggatott vonal ezek kiegyenlítését; a kiegyenlítő vonalnak x 4 függőlegesében van a töréspontja. Ebből arra lehet következtetni hogy x < 4 mellett a ement hidratáiója 8 napos korban a nyomószilárdságra gyakorolt hatását tekintve észrevehetően sökken továbbá azt is fel lehet tételezni hogy a ementkő vázban diszlokáiók keletkezhetnek a növekvő hidratáiós hő miatt. BALÁZS 73. ábrán közölt adatai szerint feltételezhető hogy idősebb korban a korai mérsékeltebb hidratáió még számottevőbb hatású mivel kisebb ementtartalomhoz nagyobb vízement tényező tartozik ha a konzisztenia változatlan. Itt is fel kell hívnom a figyelmet értekezésem 6.. fejezetében közölt vizsgálati eredményeimre: a FNKK ementpépek nyomószilárdsága normális (+ o C) tárolás mellett az x sökkenésével sökken és sak akkor lehet növekvő pépszilárdságot nyerni ha a tárolási hőmérsékletet mérsékeljük elkerülve ezzel a hidratáiós hő okozta diszlokáiókat. Feltételezhető hogy az x < 4 vízement tényezőjű betonkeverékek szilárdulása kezdeti tárolási hőmérséklettel fokozható. 8. A BETONSTRUKTÚRA TERVEZÉSE 76. ábra A beton többfázisú anyag amely szilárd alkotókból (homok durva adalékanyag hidratálatlan és hidratált ement) pórusokból (gélpórus kapilláris pórus légpórus) és azokat részben vagy egészben kitöltő szabad vízből áll []. Ennek következtében szövetszerkezetének több szintjét lehet megkülönböztetni: a ementkő szerkezetét (mikrostruktúra) a ementkő és a finomhomok elegyének a habarsváznak a szerkezetét (mezostruktúra) végül a habarsváz és a durva adalékanyag együttesének a betonnak a szerkezetét (makrostruktúra). Leegyszerűsítve de gyakorlati élokra még használ
59 hatóan a beton makroszinten olyan kétfázisú anyagnak tekinthető amelyben az adalékanyag különböző méretű inert szemséi a ementkővázba vannak beágyazódva. Értekezésemben a betonstruktúra alatt ezt a leegyszerűsített makrostruktúrát értem amelyet az adalékanyagváz a ementkőváz és a pórusok (kapilláris és légpórusok) alkotnak. A korábbi fejezetekben a beton nyomószilárdságát befolyásoló tényezőket ezek hatását a péptelítettségfogalomból kiindulva vizsgáltam amelyet a beton V p péptartalmának és az adalékanyag V po pépigényének DV p különbsége fejez ki. A péptelítettség a beton makrostruktúráját meghatározó valamennyi lényeges jellemzőt tartalmazza mert a térfogatban kifejezett V p péptartalom a ement V tömör térfogatának és a keverővíz V w térfogatának az összege a hiánytalanul tömörített betonban adott bedolgozhatóság (konzisztenia) mellett tehát a még hidratálatlan ementkőváz által elfoglalt tér; a keverővíz V w térfogatának szükséges mennyiségét az adalékanyagváz geometriai jellemzői valamint a ement órlésfinomsága határozzák meg továbbá a V w térfogatból a ementtartalom ismeretében következtetni lehet a megszilárdult beton kapilláris pórusainak a térfogatára; a V po pépigény függ az adalékanyag szemeloszlását jellemző m finomsági modulustól és a graduáltságot jellemző a D legnagyobb szemnagyság hatását is tartalmazó U egyenlőtlenségi együtthatótól tehát az adalékanyagváz struktúrájától továbbá a betonkeverék konziszteniájától; a DV p pépkülönbség az adalékanyagváz pépigényének és a ementpéptartalomnak a különbsége térfogatban kifejezve; ha negatív előjelű (V p < V po ) akkor kifejezi a betömörített friss beton levegőtartalmát. A betontehnológiai kutatásban kapott eredmények értékeléséhez a pételítettségfogalom különböző elemeit korábban is figyelembe vették. Ide sorolhatók a következők: a ementtartalom hatásának az elemzése mert a ementtartalom a péptartalommal trendkapsolatban van ill. azonos konzisztenia mellett egyenes arányban áll a péptartalommal; az adalékanyagtartalom hatásának a vizsgálata mert a telítetttúltelített tartományban a pép rendelkezésére álló teret tehát lényegében a péptartalmat jellemzi (mértékét térfogat %ban vagy liter/m 3 ben fejezik ki); az n m a / m arány alkalmazása a beton tulajdonságait szabályozó paraméterként amely közel áll a péptelítettség fogalomhoz: minél kisebb n annál inkább túltelített a betonkeverék. Amíg azonban állandó m a és m mellett az n arány a beton egyéb jellemzőitől függetlenül állandó addig DV p állandő n mellett is változik az adalékanyag jellemzőitől és a konziszteniától függően. A hazai előírások szerint [9] [9] a D 4 8 6 és 3 mm legnagyobb szemnagyságú betonadalékanyagok szemeloszlási határgörbéi a 77. ábrának megfelelőek (baloldali ábrasor). A 77. ábrán feltüntettem a B görbék finomsági modulusaira illeszkedő lépsős (BL) és homokszegény (BHS) szemeloszlásokat is (jobboldali ábrasor): A 77. ábra különböző szemeloszlásaihoz tartozó U értékeket tájékoztatásul a 78. ábrán a kissé képlékeny konziszteniára érvényes V po pépigényeket pedig a 79. ábrán az (58) (6) ill. (64) (65) képletekből számítva szerkesztettem meg. Ha különböző szemeloszlású D 6 mmes homokos kavisokkal m a 87 kg/m 3 és m 35 kg/m 3 összetételű kissé képlékeny keverékeket készítünk akkor az m a /m arány mindig n 534 de DV p értéke a 79. ábrából a 77. ábra szerinti A BHS B BL és C szemeloszlások mellett rendre: +6 +3 +45 +6 és +76 a péptartalom / pépigény viszonya pedig ugyanebben a sorrendben : 9; ; 9; 35 és 5. Az n értéke sak a száraz alkotók keverési arányát fejezi ki a péptelítettség viszont a struktúráz alkotó összetevőkét. A betonkeverék makro és mikrostruktúráját egyaránt befolyásolja az m ement és az m w víztartalom ill. ezek x m w : m aránya a vízement tényező amelynek első szabatos vizsgálata tudomásom szerint ZIELINSZKY nevéhez fűződik [93] aki m w : m arányát %ban fejezte ki és hatását 4 3 6 és 5 hetes korban határozta meg 36 % (x 3 6) tartományban. Az x vízement tényező azonban a nyomószilárdságot a ement és a víztartalomtól ill. ezek térfogatösszegét kifejező V p péptartalomtól függően befolyásolja. Az x sökkenésével sökken a ementpép hígítása tehát sökken a megszilárdult és kiszárított ementkőváz V l pórustartalma de a sökkenés mértéke nem független a ementtartalomtól. A V l pórustartalom várható értékét sak közelíteni lehet; a TAPLIN [73] adataiból meghatározott (9) képlettel 8 napos korra besült értékeket a 8. ábra tartalmazza. A 8/a ábra a friss állapotban pórusmentes betonokra (V p ³ V po ) a 8/b ábra a
6 V po 5 liter/m 3 pépigényű homokos kavisal készített jól tömörített betonokra foglalja össze V l elméleti (teljes tartományra vonatkoztatott) és gyakorlati adatait. A 8/b ábra értékei a péphiány okozta levegőtartalom miatt trének el a 8/a ábráétól; kezdetben a növekvő x növeli a víztartalmat ezért sökken a péphiány ami a friss beton ill. ezáltal a megszilárdult beton pórustartalmát is sökkenti.
6 77. ábra
6 78. ábra 79. ábra 8. ábra A 8. ábrából lehet következtetni arra hogy adott V po 5 liter/m 3 pépigényű adalékanyaggal készítve milyen ementtartalom mellett várható változatlan vízement tényezővel a legkisebb pórustartalmú tehát a legnagyobb nyomószilárdságú beton. A 8/b ábra adataiból pl. x 9 és m kg/m 3 vagy x 5 és m 3 kg/m 3 az összetartozó értékpárok. A beton makrostruktúrája DV p értékével is jellemezhető. A 8. ábrán a 77. ábrán megadott adalékanyagokkal készített különböző ementtartalmú földnedves és folyós konziszteniájú betonkeverékek DV p értékeit tüntettem fel. Megjegyzem hogy a KK és K betonok külonboző ementtartalmak mellett várható DV p értékei a két határeset (FN és F) között egymástól sak kis távolságban helyezkednek el. Minthogy az 5. ábrának megfelelően adott vízement tényező mellett a telített keverékek nyomószilárdsága a legnagyobb ezért adott adalékanyaghoz élszerű lenne olyan ementtartalmat választani amely a telített keveréknek megfelelő. Erre azonban ritkán van lehetőség mert a szokványos adalékanyagokkal (lásd 77. ábra) az x ~ 7 vízement tényezőjű telített betonokat is sak FN konziszteniával lehet készíteni az ennél kisebb vízement tényezőjű telített beton pedig már alig földnedves vagy ennél is merevebb konziszteniájú tehát tömöríthetetlen.
63 8. ábra
64 Az adalékanyag szemeloszlását azonban lehet módosítani: növekvő ementtartalomhoz ( sökkenő vízement tényezőhöz) egyre nagyobb pépigényű és egyre kisebb vízigényű adalékanyagot élszerű választani annak érdekében hogy a DV p minél kisebb legyen. Ehhez ad segítséget a 8. ábra ill. a korábban közölt 59. 6. ábra (előző a ementtartalom és a szemeloszlás utóbbi a vízement tényező kiválasztását segíti elő). A telített beton ementtartalmát számítani is lehet a 4. tervezési sémán (46. lap) megadott alábbi képletből: ha m o m akkor: m o (V po m wo ) 3 kg/m 3 (5) ha m o > m akkor: m o V ahol Dm és Dm w értékei a (36) (37) ből számíthatók. po Dmw + m m Dm Dmw + 3 Dm wo kg/m 3 (6) A betonösszetétel ill. a betonstruktúra tervezésekor nem szabad figyelmen kívül hagyni hogy az értekezésemben megadott módszer is mint az irodalomban található minden más módszer laboratóriumi vizsgálatokra támaszkodik. A laboratóriumi vizsgálatokba olyan adalékanyagokat is be kell vonni amelyek a gyakorlatban nem használhatók (pl. sekély a víztartó képességük) továbbá olyan konziszteniájú keverékeket is kell készíteni amelyek sak speiális eszközökkel (pl. vibropréseléssel) tömöríthetők. Ez a szélső esetek ellenőrzése érdekében szükséges de emiatt a tervezési módszerhez elengedhetetlen a gyakorlati alkalmazás határainak a kijelölése. Értekezésem 3. fejezetében foglalkoztam az adalékanyagváz tömörségével ill. pépigényével. A (67) és a (66) képlet különbségéből tehát a tömörség ill. a pépigény alapján számított adalékanyagtérfogatok különbségéből lehet következtetni az adalékanyag víztartó képességére: Ha a (66) ból számított V ao kisebb min a (67)ből számított érték akkor a víztartó képesség nem kielégítő az adalékanyag használta kisebb ementtartalom (m < 3 kg/m 3 ) mellett nem élszerű a belőle készített beton nem tömöríthető kielégítően és hajlamos a vérzésre. A 77. ábrán megadott szemeloszlásokra kiszámítottam V ao értékeit a (66) és a (67) képletekkel és az alábbi adalékanyagokat találtam kedvezőtlennek: D m U V ao (66) V ao (67) DV ao 8 57 8 73 74 6 66 9 745 77 7 556 74 75 74 9 3 754 5 75 84 54 65 9 79 749 A fenti adatok alapján az előírások szerinti A szemeloszlásokat D ³ 6 mm mellett nem ajánlatos alkalmazni m < 3 kg/m 3 ementtartalmú betonokhoz mert bár a struktúra szempontjából kedvezőek de kedvezőtlen bedolgozhatóságúak. A beton struktúrájának a kialakulását úgy is lehet értelmezni hogy az adalékanyag szemséit a ementkőváz ragasztja össze. A ragasztástehnikából ismert [94] hogy a legjobb ragasztóhatást a ragasztandó anyaggal egyenlő vagy annál nagyobb szilárdságú ragasztóanyag gyakorlatilag még kialakítható minimális vastagsága hozza létre. A tömör ementkőváz szilárdsága kizárólag xtől függ telítetlen betonban azonban a tömör ementkőváz létrehozása kétséges mert a V po V p értékű levegőtartalom feltételezhetően fellazítja a ementpépet. A ementkő mint ragasztóanyag gyakorlatilag kialakítható minimális vastagsága a telített betonban jön létre de tömör ementkőváz sak akkor várható ha a beton konziszteniája a betonozási feltételekhez (szerkezet vastagsága a vasalás súrúsége tömörítő eszköz) illeszthető. Ha a megfelelő konziszteniát telített betonkeverékkel nem lehet elérni akkor növelni kell a ementkőváz vastagságát (az adalékanyaghoz viszonyított térfogatát) de ennek ellensúlyozására növelni kell a ementkőváz szilárdságát a vízement tényező sökkentére révén. Gazdaságossági szempontból a vízement tényező alsó határértéke szokványos betonkészítési feltételek mellett x ~ 4 (lásd a 7.6. fejezetet). A struktúra tervezése a péptelítettség fogalomból kiindulva tehát azt jelenti hogy