Użytkowe betony konstrukcyjne. Modele kształtowania struktury i właściwości

W książce zawarto obszerny materiał wskazujący na możliwość takiego zaprojektowania mieszanki betonowej jako materiału wyjściowego do wykonania betonów, których właściwości można kształtować już na etapie uzyskania informacji o ich przeznaczeniu i warunkach w jakich mogą być eksploatowane.

Autor skonstruował matematyczny model kształtowania struktury betonu w powiązaniu z jego późniejszymi właściwościami eksploatacyjnymi, bazując na doświadczalnych cechach komponentów oraz wielkości ich udziału w mieszance betonowej. Jest to kompleksowe ujęcie problemu, znacznie bardziej rygorystyczne w stosunku do innych teorii i publikacji o tożsamej i pokrewnej tematyce.

Na podstawie zbudowanego modelu udowodniono, iż wzrost wytrzymałości betonu możliwy jest do uzyskania w wyniku zastosowania wyższej aktywności cementu w mieszance betonowej, przy niezmienionej aktywności spoiwa. Z podanego modelu wynika, iż betony o jednakowej wytrzymałości, lecz niższym stosunku wodno-cementowym są zdecydowanie szczelniejsze, dlatego wykazują mniejszy skurcz i są bardziej odporne na wpływ agresywnych czynników atmosferycznych.

Zbudowany model opisu wytrzymałości betonu uzasadnia potrzebę zastosowania metody projektowania składu mieszanki, w której w większym stopniu uwzględnione zostaną doświadczalnie wyznaczone cechy jakościowe składników. Pozwala to na stworzenie realnych możliwości racjonalnego wykorzystania materiałów w projektowaniu betonów o z góry określonych cechach wytrzymałościowych i trwałości.

Monografia przeznaczona jest dla inżynierów z zakresu konstrukcji betonowych, technologów betonu, studentów I i II stopnia studiów dziennych i zaocznych, a zwłaszcza słuchaczy III stopnia studiów doktoranckich kierunku budownictwo oraz pracowników naukowych uczelni jak również instytutów badawczych.

Spis treści

Wykaz oznaczeń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1. Podstawowe parametry modelu struktury betonu konstrukcyjnego . . . . 23
1.1. Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2. Gęstość nasypowa kompozycji kruszywa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3. Szczelność stosu okruchowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.4. Dotychczasowy wzór praktycznych obliczeń średniej wielkości ziarna
kompozycji stosu okruchowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.5. Ekwiwalentna średnica ziarna stosu okruchowego o jednorodnej gęstości
objętościowej komponentów stosu okruchowego . . . . . . . . . . . . . . 27
1.6. Zastosowanie wzorów w analizie obliczeniowej średniej wielkości ziaren
kruszywa stosów okruchowych o uziarnieniu normowym . . . . . . . . . 30
1.7. Ekwiwalentna średnica ziarna kruszywa w stosie okruchowym
o zróżnicowanej gęstości objętościowej komponentów . . . . . . . . . . . 33
2. Analityczno-doświadczalna metoda doboru uziarnienia kruszywa
do betonów konstrukcyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1. Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2. Kształtowanie szczelności struktury betonuna poziomie
makroskopowym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3. Szczelność skorygowana układuziaren kruszywa w betonie . . . . . . . . 39
2.4. Współzależność szczelności układu ziaren kruszywa w betonie
od udziału ilościowego komponentów stosu okruchowego . . . . . . . . . 41
2.5. Funkcja udziału żwiru i piasku w kompozycji kruszywa do betonu . . . . 43
2.6. Projektowanie stosu okruchowego do betonów konstrukcyjnych . . . . . 45
2.7. Przykład projektowania optymalnego układu ziaren kruszywa w betonie
konstrukcyjnym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.8. Podsumowanie i wnioski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3. Kształtowanie struktury szczelnych betonów konstrukcyjnych . . . . . . . 51
3.1. Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2. Grubość otulenia ziaren kruszywa zaczynem cementowym . . . . . . . . 52
3.3. Otulenie ziaren cementu fazą ciekłą w zaczynie mieszanki betonowej . . 56
3.4. Submikrolokalny model układu ziaren mikrokrzemionki w betonie . . . . 59
3.5. Liczba elementów mikrokrzemionki w warstwach otaczających
ziarna cementu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.6. Zastosowanie zbudowanego modelu w kształtowaniu
mikrostruktury betonu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.7. Kształtowanie struktury betonów konstrukcyjnych mikrododatkami
na submikroskopowym poziomie dyspersyjności fazy stałej . . . . . . . . 69
3.8. Wnioski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4. Model kształtowania wytrzymałości betonów konstrukcyjnych . . . . . . . 73
4.1. Czynniki kształtujące wytrzymałość zaczynu cementowego . . . . . . . . 73
4.2. Założenia modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.3. Zastosowanie uproszczonego modelu hydratacji cementu w opisie
wytrzymałości zaczynu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.4. Funkcja wytrzymałości betonów konstrukcyjnych . . . . . . . . . . . . . 83
4.5. Wnioski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5. Kształtowanie struktury betonu w projektowaniu składu mieszanki . . . . 89
5.1. Dobór uziarnienia kruszywa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.2. Wodożądność stosu okruchowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.3. Współczynnik wodno-cementowy mieszanki . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.4. Metodyka doboru składu mieszanki betonów konstrukcyjnych . . . . . . 94
5.5. Ilościowy opis parametrów struktury betonów konstrukcyjnych . . . . . . 97
5.6. Kształtowanie struktury betonu dodatkami mineralnymi . . . . . . . . . . 100
5.7. Analityczno-doświadczalna metoda projektowania lekkich betonów
konstrukcyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.7.1. Uwagi ogólne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.7.2. Kształtowanie struktury lekkiego betonu keramzytowego . . . . . 104
5.7.3. Grubość otulenia ziaren kruszywa zaczynem cementowym
w lekkim betonie keramzytowym . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.7.4. Kształtowanie struktury lekkiego betonu styropianowego . . . . . 108
5.7.5. Grubość otulenia ziaren kruszywa zaczynem cementowym
w betonie styropianowym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.8. Wnioski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6. Kształtowanie struktury betonu w aspekcie odporności na czynniki
zewnętrzne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.1. Mikrostruktura zaczynu cementowego w betonie konstrukcyjnym . . . . 113
6.2. Rozkład porów powietrznych w betonie bez napowietrzenia . . . . . . . 115
6.3. Struktura mieszanki napowietrzonego betonu . . . . . . . . . . . . . . . .118
6.3.1. Rozkład porów powietrznych w zaczynie cementowym
napowietrzonej mieszanki betonowej . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.3.2. Weryfikacja wyprowadzonego modelu . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.4. Kształtowanie struktury mrozoodpornych betonów . . . . . . . . . . . . .124
6.4.1. Źródła powietrza w mieszance betonowej . . . . . . . . . . . . . 124
6.4.2. Wielkość i lokalizacja porów powietrznych w mieszance
betonowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.4.3. Szczelność struktury zaczynu cementowego w napowietrzonej
mieszance betonowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.5. Rozstaw porów powietrznych w napowietrzonej mieszance betonowej . . 130
6.6. Ilościowy opis struktury zaczynu cementowego w napowietrzonym
betonie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.7. Wnioski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
7. Kształtowanie struktury betonu w procesie wibroprasowania mieszanki
betonowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
7.1. Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
7.2. Przyjęte założenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
7.3. Warunki równowagi sił wewnętrznych w wibroprasowanej mieszance
betonowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
7.4. Parcie boczne wibroprasowanej mieszanki betonowej . . . . . . . . . . . 140
7.5. Model rozkładu naprężeń w wibroprasowanej mieszance betonowej . . . 141
7.6. Graficzna interpretacja modelu rozkładu naprężeń w wibroprasowanej
mieszance betonowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
7.7. Weryfikacja modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
7.7.1. Analiza rozkładu naprężeń w mieszance betonowej
wibroprasowanej płytki chodnikowej . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7.7.2. Rozkład naprężeń w mieszance betonowej wibroprasowanej
kostki brukowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
7.8. Podsumowanie i wnioski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
Zakończenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
SUMMARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167