Nowoczesne kierunki w technologii betonu Mariusz Saferna Sebastian Kaszuba BETOTECH Sp. z o.o.

Zakres prezentacji Czym jest współczesna technologia betonu? Betony wysokowartościowe (BWW) Betony samozagęszczalne (SCC) Betony RPC Beton samoczyszczący Beton przeźroczysty Podsumowanie

Czym jest współczesna technologia betonu? Wytwarzanie mieszanki betonowej Projektowanie składu mieszanki betonowej Układanie i zagęszczenie mieszanki betonowej Beton o żądanych właściwościach fizyko-mechanicznych przy uwzględnieniu kosztów i czasu wykonania Pielęgnacja „świeżego” betonu Analiza ekonomiczna Kontrola jakości

Rozwój betonu

Betony wysokowartościowe BWW Właściwości, składniki i zastosowanie

Definicja betonu wysokiej wytrzymałości wg normy PN-EN 206-1 Beton o wytrzymałości na ściskanie wyższej niż C 50/60 dla betonu o normalnym ciężarze lub ciężkiego oraz LC 50/55 w przypadku betonu lekkiego.

Podstawowe cechy betonów BWW Ciekła lub półciekła konsystencja mieszanki Urabialność i konsystencja mieszanki zachowana przez min. 60 min Niska nasiąkliwość < 4% Wysoka wodoszczelność > W12 Wysoka wytrzymałość na ściskanie (60 – 130 MPa) Wysoki stopień mrozoodporności > F150 Wysoka odporność na ścieranie

Ogólne zasady doboru składników betonów BWW Cementy o wysokich parametrach wytrzymałościowych Kruszywa łamane o wysokiej wytrzymałości – wytrzymałość skały > 150 MPa (granit, sjenit, bazalt, melafir, amfibolit) Ziarna kruszywa o kształcie zbliżonym do kubicznego oraz szorstkiej powierzchni (przyczepność zaczynu) Szczelny stos okruchowy kruszywa (możliwie niska jamistość) o maksymalnym wymiarze ziarna 16 mm Wskaźnik wodno-cementowy w granicach 0,3 – 0,4 (z uwzględnieniem wody zawartej w domieszkach) Stosowanie efektywnych superplastyfikatorów Wprowadzanie dodatków mineralnych

Efekty stosowania betonów BWW Wysoka trwałość konstrukcji (niższe koszty konserwacji i utrzymania konstrukcji) Możliwość wykonania elementów o dużej rozpiętości i zredukowanym przekroju poprzecznym (obniżony ciężar własny elementu) Przyspieszenie tempa i ograniczenie kosztów robót (wysoka wytrzymałość wczesna betonu i niższy ciężar montowanych elementów) Wysoka jakość wykonania konstrukcji (ścisły reżim technologiczny w zakresie doboru składników, produkcji i zabudowania betonu)

Przykładowe receptury betonów BWW   Składnik Zastosowany rodzaj cementu CEM I 52,5R CEM III/A 32,5NA Ilość składnika na 1 m3 Cement 430 kg 480 kg 490 kg Piasek 0/2 540 kg 600 kg Grys 2/5 - 290 kg Grys 5/8 220 kg Grys 2/8 581 kg 350 kg Grys 8/16 900 kg 790 kg 980 kg Woda 135 l 140 l 132 l Superplastyfikator 3,0 % m. c. 3,0 % m.c. 2,5 % m.c. Opóźniacz 0,5 % m. c. 0,5 % m.c. Pył krzemionkowy 40 kg w/c 0,31 0,28 0,27 Wyniki badań Opad stożka 11 cm 8 cm 17 cm Opad stożka po 60 min 0 cm 5,5 cm 16,5 cm Zawartość powietrza 2,1 % 2,0 % 1,2 % Nasiąkliwość 3,7 % 2,8 % 3,4 % Wytrzymałość na ściskanie 3 dni 76,8 MPa 80,2 MPa 42,9 MPa 28 dni 90,9 MPa 102,3 MPa 90,1 MPa

Warszawskie Centrum Finansowe wysokość 144 m beton B65 (słupy nośne) w/s = 0,36-0,39 s: cement+pył krzemionkowy konsystencja (opad stożka 15-22 cm) czas transportu mieszanki: 50 min długość transportu pompowego: 150 m

Platforma morska typu grawitacyjnego TROLL A Norwegia, Morze Północne głębokość posadowienia 303 m beton B 75, B 80

Most podwieszony nad cieśniną Wielki Bełt, Dania Długość płyty pomostu - 1624 m, beton LC 55 Wysokość pylonów - 200 m, beton B 55

Most Öresund, przeprawa Kopenhaga - Malmö Długość płyty mostu – 490 m beton lekki LC 55, W/C = 0,4 Wysokość pylonów – 204 m beton C 50, W/C = 0,4 W obydwu przypadkach zastosowano pył krzemionkowy

Wieżowiec Herriot Frankfurt n/Menem Projektowana wytrzymałość betonu – 125 MPa Beton z dodatkiem włókien polipropylenowych Otrzymana średnia wytrzymałość 28 dniowa – 141 MPa

Eureca Tower Melbourne, Australia wysokość - 300 m (88 kond.) klasa betonu w dolnej części C 100/115 klasa betonu w górnej części C 60/75

Petronas Tower Kuala Lumpur Wysokość - 452 m (95 kond.) Do roku 2004 najwyższy budynek świata Ściany, trzony oraz słupy obwodowe - beton C 80/95 Płyta fundamentowa beton - C 60/75 Beton z dodatkiem pyłu krzemionkowego stosunek - w/s = 0,27

Taipei 101, Tajwan Wysokość 508 m (101 kond.) Fundament – płyta żelbetowa o grubości 3,5 m beton C 70/85 Słupy nośne z betonu C 70/85 Zastosowano dodatek pyłu krzemionkowego Stosunek w/s = 0,31

„Wyścig wieżowców” trwa…

Wiadukt Millau, Francja Najwyższy betonowe filary na świecie 230 i 245 metrów Betonowanie filarów pochłonęło 53 tys. m3 betonu C 60/75 Płyty fundamentowe filarów to 19 tys. m3 betonu C 35/45

Betony samozagęszczalne SCC Właściwości, składniki i zastosowanie

Właściwości betonów SCC Wysoka płynność i urabialność mieszanki betonowej Brak segregacji składników mieszanki Zdolność do odpowietrzania ułożonej mieszanki bez konieczności wibrowania Długi czas zachowania konsystencji i urabialności Wysokie parametry fizyko-mechaniczne stwardniałego betonu Gładkość powierzchni stwardniałego betonu

Składniki betonu SCC Cement – CEM I, CEM II, CEM III, zawartość 300 – 450 kg/m3 Kruszywo – spełniające wymagania dla betonu zwykłego, maksymalny wymiar ziarna 20 mm Punkt piaskowy kruszywa 40 – 50 % Dodatki mineralne (popiół lotny, granulowany żużel wielkopiecowy, kamień wapienny), zawartość przeciętnie 20 – 40 % masy cementu Superplastyfikatory (na bazie polikarboksyeterów) Wskaźnik w/c = 0,3 – 0,5 Zawartość spoiwa (cement + dodatek mineralny) 475 – 600 kg/m3

Badanie samozagęszczalności mieszanki SCC (stożek)

Badanie samozagęszczalności mieszanki SCC (L-box)

Efekty stosowania betonu SCC brak konieczności zagęszczania mieszanki betonowej łatwość zabudowy mieszanki w konstrukcjach o skomplikowanym kształcie i dużej ilości zbrojenia bardzo wysoka jakość wykonania (jednorodność ułożonego betonu) zwiększenie szybkości wykonywania konstrukcji eliminacja hałasu związanego z wibrowaniem mieszanki

Przykładowe receptury betonu SCC Składnik CEM I 42,5R CEM III/A 32,5NA Ilość, kg/m3 Cement 450 360 Dodatek mineralny mączka kwarcowa: 100 kg mikrokrzemionka: 20 kg popiół lotny: 170 Kruszywo 0/8 mm 1690 - Kruszywo 0/16 mm 1680 Woda 210 160 Superplastyfikator FM 38 9 Superplastyfikator FM 34 4,3 w/c 0,46    0,44 Właściwość CEM I 42,5R CEM III/A 32,5NA Wyniki badań Rozpływ 65 cm 71 cm Wytrzymałość po 1 dniu 20,0 MPa - Wytrzymałość po 3 dniach 32,0 MPa 12,0 MPa Wytrzymałość po 7 dniach 29,0 MPa Wytrzymałość po 28 dniach 61,0 MPa 48,0 MPa Wytrzymałość po 56 dniach 54,0 MPa

Most Akashi Kaikyo, Japonia 3,911 km rozpiętości Bloki kotwiące kabli niosących konstrukcję podwieszoną Beton SCC

Beton reaktywny RPC (Reactive Powder Concrete) Właściwości, składniki i zastosowanie

Właściwości betonu RPC Wysoka jednorodność betonu uzyskana wskutek zmniejszenia wymiaru cząstek Gęstość objętościowa 2500-3000 kg/m3 Wysoka odkształcalność betonu Wytrzymałość na ściskanie 200-800 MPa Wytrzymałość na zginanie 25-150 MPa

Składniki betonu RPC Cement CEM I 42,5 lub 52,5 (700-1000 kg/m3) Zmielone ziarna kwarcu i drobny piasek (900-1300 kg/m3) Pył krzemionkowy (230 kg/m3) Włókna stalowe dł. 13 mm (100-500 kg/m3) Woda (130-180 kg/m3) Superplastyfikator

Efekt stosowania betonu RPC Żelbet Beton sprężony RPC Stal 140 kg/m2 112 kg/m2 467 kg/m2 530 kg/m2 Przekroje belek o tej samej nośności wykonanych z betonu RPC, stali, betonu sprężonego i żelbetu (ciężar kg/m2)

Beton RPC - technologia DUCTAL® Składnik Ilość na 1 m3 Cement 710 kg Pył krzemionkowy 203 kg Mielony kwarc 215 kg Piasek 1020 kg Włókna stalowe 160 kg Superplastyfikator 10 kg Woda 140 l w/c 0,20

Właściwości betonu DUCTAL® możliwa produkcja w konwencjonalnej wytwórni betonu (mieszanie 5 –15 min), wytrzymałość na ściskanie w temperaturze 20oC: po 24 godzinach – 100 MPa, po 28 dniach – 180 MPa, wytrzymałość na ściskanie po obróbce cieplnej w temperaturze 90oC, po 4 dniach 220 MPa, szczelna mikrostruktura (wysoka mrozodporność i odporność na agresję chemiczną) wysoka odporność ogniowa i obciążenia będące efektem eksplozji niski skurcz - poniżej 0,01 mm/m

Zastosowanie technologii DUCTAL® Kładka dla pieszych w Sherbrooke (Kanada) RPC 200 MPa – pas dolny, podłużnice, żeberka poprzeczne i płyta pomostu RPC 300 MPa - krzyżulce Fragment konstrukcji: Rozpiętość: 60 m Szerokość płyty pomostu: 4,2 m Grubość płyty pomostu: 3,0 cm !!

Zastosowanie technologii DUCTAL® Elektrownia atomowa Cattenon, Poziome dźwigary powłoki chłodni kominowej ( wysoka odporność na sole oraz mrozoodporność) Elektrownia atomowa Cattenon, Francja

Zastosowanie technologii DUCTAL® Ściany szczelne nabrzeża Reunion Ekrany przeciwdźwiękowe tuneli metra w Monaco

Porównanie cech betonu zwykłego i betonu DUCTAL® Cecha Beton zwykły Beton DUCTAL® Gęstość 2,2 – 2,5 kg/dm3 2,45 – 2,55 kg/dm3 Wytrzymałość na ściskanie 15 – 60 MPa 180 – 220 MPa Wytrzymałość na zginanie 2 – 8 MPa 36 – 40 MPa Wytrzymałość na rozciąganie 1 – 4 MPa 8 – 10 MPa Moduł sprężystości 20 – 40 GPa 55 – 60 GPa Moduł sprężystości stali   190 – 210 GPa  

Beton samoczyszczący

Beton samoczyszczący Co zawiera? Jak działa? Utlenianie fotokatalityczne Superhydrofilowość Nanodyspersyjny dwutlenek tytanu TiO2

BETON Dezintegracja zanieczyszczeń organicznych i neutralizacja NOx ZANIECZYSZCZENIA ORGANICZNE H2O NOx H2O UV UV OH• OH• HNO3 CO2 H2O DWUTLENEK TYTANU DWUTLENEK TYTANU NEUTRALIZACJA KWASU AZOTOWEGO BETON

Kościół Dives in Misericordia Tor Tre Teste - Rzym Richard Meier 20. 10. 2003

Beton przeźroczysty (transparentny)

Aron Losonczi - LiTraCon® Skład: 96% - beton 4% - światłowody Gęstość: 2100 – 2300 kg/m3 Wytrzymałość Rc - 50 MPa Wytrzymałość Rzg - 7 MPa

Luccon®

Lampy i… … biżuteria!

Podsumowanie Wprowadzanie nowych rozwiązań w technologii betonu pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie tego materiału w budownictwie (trwałość, koszt i szybkość realizacji). Realizacja nowoczesnych technologii wymaga szerokich działań eksperymentalnych oraz opracowania nowych metod badawczych. Warunkiem koniecznym jest wysoka kultura techniczna producentów betonów i firm wykonawczych oraz poziom fachowej wiedzy pracowników.

Dziękuję za uwagę