W punkcie tym omówiono tylko te właściwości betonu i mieszanki betonowej, które określono w PN-75/B-06250. Beton wykazuje także inne nie omówione tu właściwości, które są uwzględnione przy projektowaniu konstrukcji z betonu. Pomijając ich omówienie zarówno w normie, jak i w niniejszym punkcie założono, że te właściwości betonu o prawidłowo dobranym składzie, wykonanego z właściwych składników i w sposób zgodny z warunkami tech­nicznymi, są na odpowiednim poziomie przyjmowanym przez projektanta pod warun­kiem osiągnięcia przez beton przywidywanej wytrzymałości na ściskanie. Do tych nie normowanych (w PN-75/B-06250) właściwości, od których zależy w znacznym stopniu zachowanie się konstrukcji, należą: wytrzymałość na rozciąganie, współczynnik spręży­stości i skurcz. Stąd też uzyskanie przez beton wszystkich właściwości zakładanych przy projektowaniu konstrukcji wymaga nie tylko potwierdzenia tego odpowiednimi wynikami badań sprawdzających, ale także przestrzegania właściwych warunków całego procesu produkcyjnego. Wytrzymałość betonu na ściskanie zależy od wielu czynników. Najważniejszym z nich jest okres twardnienia. Na samym początku, po wymieszaniu składników, beton nie wykazuje praktycznie żadnej wytrzymałości. Dopiero od zakoń­czenia wiązania rozpoczyna się wymierne narastanie wytrzymałości, trwające niekiedy do kilku, a nawet kilkunastu lat. Ze względów praktycznych proces twardnienia betonu dzieli się na cztery okresy: I — od 0 do 28 dni, II — 28 dni, III — 28 do 90 dni, IV — powyżej 90 dni. Okresy te zaznaczono na rys. 6-2. Na osi rzędnych przedstawiono wytrzymałość betonu na ściskanie w procentach wytrzymałości po 28 dniach twardnienia w tempera­turze 18°C. Krzywe na rysunku odpowiadają przebiegowi twardnienia betonów wykona­nych z cementów portlandzkiego 350 i hutniczego 250. Przebieg narastania wytrzyma­łości betonów wykonanych z innych cementów oraz twardniejących w temperaturach innych niż 18°C podano w tabl. 6-3. Znajomość przebiegu twardnienia betonu często jest wykorzystywana w praktyce np. do określania czasu, po którym można usunąć deskowanie konstrukcji. Drugi okres twardnienia zgodnie z rys. 6-2 dotyczy 28 dni. Jest to okres charakterys­tyczny, gdyż zgodnie z normami wszystkich krajów uważa się, że beton po tym okresie twardnienia uzyskuje wytrzymałość stanowiącą miarę porównawczą. Tę miarę porów­nawczą wytrzymałości na ściskanie betonu określa się wg PN-75/B-06250 jako wytrzy­małość umowną i oznacza ją symbolem Jł%. Na rzędnej rys. 6-2 wytrzymałość po 28 dniach przyjęto za 100%. Bezwzględną war­tość tej wytrzymałości, odpowiadającą wytrzymałości umownej, można obliczyć z za­leżności gdzie: Altl — wartości współczynników zgodnie z tabl. 6-4; masowy stosunek cementu do wody w mieszance betonowej. Wartości współczynnika A dla betonów wykonanych z tych samych składników są stałe. Wynika stąd, że wytrzymałość umowna zależy wyłącznie od stosunku masy ce­mentu do wody, użytych do wykonania betonu. Ilość związanej przez cement wody wy­nosi ok. 25% jego masy. Stąd dla pełnego uwodnienia cementu stosunek Cl W nie może być większy od 4,0. Przy niższych wartościach C/ICw mieszance betonowej znajduje się nadmiar wody ponad ilość potrzebną do hydratacji. Ten nadmiar tworzy pory w struk­turze betonu, zmniejszające jego wytrzymałość. Im mniejsza wartość Cl W, tym większy nadmiar wody, a w wyniku mniejsza wytrzymałość betonu. Na ogól w praktyce oblicza się wartość stosunku Cl W w betonie o wcześniej okreś­lonej wytrzymałości umownej. Dlatego też wygodniej jest posługiwać się wzorem w po­staci przekształconej: dla betonów o wartościach Cl W < 2,5 dla betonów o wartościach CIW> 2,5 Wartości współczynnika A mogą być przyjmowane zgodnie z tabl. 6-4 pod warun­kiem jednak, że: — przy wykonywaniu betonu nie stosowano dodatków wpływających na wytrzy­małość; — mieszanka betonowa wykazuje odpowiednią szczelność. Przy doświadczalnym wyznaczaniu współczynników A powinno się przestrzegać zasady określania ich wartości oddzielnie dla przedziałów Cl W < 2,5 i C/rV> 2,5. W trzecim okresie, rozciągającym się od 28 do 90 dnia twardnienia betonu, przyj­muje się dla uproszczenia, że przyrost wytrzymałości betonu przebiega liniowo. To zna­czy, że każdego dnia, jeśli średnia temperatura dobowa nie była niższa od + 10°C, wy­trzymałość na ściskanie przyrasta o stałą wartość. Uproszczenie to pozwala obliczyć wytrzymałość w tym okresie twardnienia ze wzoru gdzie: R.— wytrzymałość po n dniach twardnienia; « — ilość dni twardnienia 28 < < n < 90; ot — współczynnik zależny od rodzaju cementu (dla cementów hutniczych ot = 0,004, portlandzkich 250 i 350 a = 0,002, portlandzkich 450 i 550 i szybkotwardnie-jących a = 0,001). Przy stosowaniu cementów niskich marek przyrost wytrzymałości na ściskanie be­tonu w tym okresie jest znaczny i wynosi ok. 25%. W przypadku cementów wysokich marek przyrost jest mniejszy, przez co nie ma już praktycznego znaczenia. Czwarty okres twardnienia (zgodnie z rys. 6-2) przypada po 90 dniach. Przyjmuje się, że po tym okresie wytrzymałość betonu już nie przyrasta. Nasiąkliwość i mrozoodporność. Są to właściwości warunkujące trwałość betonu. W betonie stwardniałym na ilość pustek składają się pęcherzyki powietrza w świeżej mieszance betonowej oraz pory powstałe po odparowaniu nadmiaru wody zarobowej. Ten drugi rodzaj pustek jest powodowany odparowaniem tej części wody zarobowej, która nie wchodzi w reakcje chemiczne z cementem. Ze względu na trwałość betonu ilość cementu czy wartość współczynnika cementowo-wodnego nie powinny być zbyt małe. Dane na ten temat zebrano w tabl. 6-5. Wyraźny wpływ struktury porów w betonie na jego właściwości powoduje, że zna­jomość samej porowatości betonu jest mało przydatna dla oceny odporności betonu na wpływy warunków eksploatacji. Dlatego rezygnuje się na ogół z oceny szczelności betonu, zastępując ją badaniem odporności betonu na działanie tych czynników. Nasiąkliwość masowa nie powinna być większa niż: 4% w przypadku betonów narażonych w warunkach eksploatacji na bezpośred­nie działanie czynników atmosferycznych (konstrukcje nie otynkowane); 6% w przypadku betonów narażonych w warunkach eksploatacji na pośrednie działanie czynników atmosferycznych (konstrukcje otynkowane). Naprężenia w betonie, wywołane przez zamarzającą wodę, mogą osiągnąć wartości znacznie większe od tych, jakie beton jest w stanie przenieść bez żadnych uszkodzeń. Oczywiście odporność betonu na działanie mrozu zależy bezpośrednio od ilości wody, jaką jest on w stanie wchłonąć. Nie mniej ważnym czynnikiem wpływającym na mrozoodporność betonu jest także rozmieszczenie wody w porach betonu. Dla zwiększenia odporności betonu na działanie mrozu trzeba zapewnić: — znaczną jego szczelność, stosując odpowiednio duży stosunek Cl W; — małą nasiąkliwość i korzystną, ze względu na mrozoodporność, budowę sieci kanalików, co uzyskać można przez zastosowanie dodatków napowietrzających. Betony narażone w warunkach eksploatacji na działanie wilgoci i mrozu powinny wykazywać: — wytrzymałość średnią nie mniejszą niż 15 MPa (150 kG/cm2); — mrozoodporność wyrażającą się mniejszym od 5% ubytkiem masy i mniejszym od 20% spadkiem wytrzymałości w odniesieniu do próbek nie poddawanych zamra­żaniu. Wodoszczelność. Betony narażone w czasie eksploatacji na bezpośrednie działanie płynów pod ciśnieniem powinny wykazywać brak oznak przesiąkania wody przy nadciśnieniu 0,7 MPa (7 at) w czasie badania wg PN-75/B-06250 przynajmniej czterech z sześciu badanych próbek. Wodoszczelność jest jedną z najtrudniejszych do uzyskania w praktyce właściwości betonu. Trudność polega na tym, że cała masa betonu w konstrukcji powinna być do­statecznie wodoszczelna. Przypadkowy nieprawidłowy skład betonu we fragmencie konstrukcji może często obniżać wartość techniczną całego obiektu, pomimo że w pozo­stałych fragmentach wodoszczelność betonu może być bez zarzutu. Stąd zasadniczymi czynnikami warunkującymi przydatność betonu do wykonania wodoszczelnej konstrukcji są niezmienne właściwości składników betonu oraz prawidłowo dobrany jego skład. Wodoszczelność betonu wiąże się ściśle z jego szczelnością i nasiąkliwością oraz za­leży od tych samych czynników, od których zależą te dwie właściwości. Dlatego też przy doborze składu betonu wodoszczelnego należy kierować się tymi samymi zaleceniami, co podano wyżej. Szczelność mieszanki betonowej. Powietrze zawarte w mieszance betonowej powiększa ogólną ilość pustek w stwardniałym betonie pogarszając wszystkie jego właściwości użytkowe. Dopuszczalną ilość porów powietrznych w % w mieszance betonowej określono w PN-75/B-06250 na 0,006 Z w przypadku niestosowania dodatków napowietrzających oraz 0,010 Z w przypadku stosowania dodatków napowietrzających. Symbol Z oznacza liczbę określającą ilość zaprawy w dm3/m3 betonu, przyjmowaną przy projektowaniu składu betonu. Są to wielkości małe, gdyż np. przy ilości zaprawy Z = 500 dm3/m3 porowatość wynosi 0,006 • 500 = 3%. Oczywiście najlepiej byłoby, gdyby mieszanka nie zawierała powietrza w ogóle. Wtedy łączna objętość cementu, kruszywa grubego wraz z wodą, wchodzących w skład 1 m3, powinna równać się 1000 dra3. Określa się ją za pomocą wzoru gdzie: C, F, G, W— ilości odpowiednio cementu, kruszywa drobnego i kruszywa gru­bego oraz wody, kg/m3; CM, C„/, — gęstości pozorne odpowiednio cementu, kruszywa drobnego i kruszywa grubego, kg/dm3. Zależność ta nosi nazwę wzoru objętości absolutnych i jest często wykorzystywana także w postaci częściowej, dotyczącej objętości zaczynu, zaprawy. W obliczeniach przybliżonych przyjmuje się następujące wartości gęstości pozor­nych: cementu — CTC = 3,1 kg/cm3, kruszyw naturalnych — C„, C„, C,k = 2,65 kg/dm3, kruszywa bazaltowego — C„, = 3,0 kg/dm3. Dokładne wartości gęstości pozornych nie są na ogół znane. Stąd przy badaniu za­wartości powietrza w mieszance betonowej lepiej posługiwać się metodą doświadczalną, która nie wymaga znajomości gęstości pozornych w ogóle. Metoda ta ma zastosowanie również wtedy, gdy nie jest znany skład mieszanki. Określenie porowatości mieszanki tą metodą przeprowadza się w następujący spo­sób. W objętościomierzu zapewniającym dokładność pomiaru objętości do 0,5% za­gęszcza się mieszankę betonową w ilości nie mniejszej niż 5,0 dm3. Mieszankę zagęszcza się w taki sposób, jaki ma być zastosowany w warunkach produkcyjnych. Rozróżnia się tu zagęszczenie ręczne i mechaniczne. Przy zagęszczaniu mechanicznym mieszankę za­gęszcza się na stoliku wibracyjnym (aparatu Ve-Be) tak długo, aż na powierzchnię prze­staną wydobywać się pęcherzyki powietrza. W przypadku zagęszczania ręcznego mie­szanki o konsystencji gęstszej od półciekłej stosuje się ubijanie jej ubijakiem o masie 1,5 kg. Ubijanie przeprowadza się równomiernie wzdłuż spirali od brzegów do środka cylindra. Liczba uderzeń dla każdej warstwy o grubości nie mniejszej niż 10 cm powinna wynosić 50. Po zagęszczeniu mieszanki dokonuje się pomiaru jej objętości Vb. Następnie do cy­lindra z zagęszczoną mieszanką wlewa się wodę w ilości A W (ok. 0,2 Vt), po czym miesza się ją w cylindrze z rozluźnioną za pomocą pręta mieszanką betonową. Mieszankę wi­bruje się do chwili, aż przestaną się z niej wydobywać pęcherzyki powietrza, po czym mierzy się jej objętość K». Porowatość mieszanki określa się ze wzoru Vh+AW-Vk Jeżeli wynik badania wykaże większą zawartość powietrza w betonie od dopuszczal­nej przez normę, to przyczyną tego może być: — zbyt mała zawartość zaprawy w stosunku do jamistości kruszywa grubego; — zbyt mała ilość zaczynu cementowego w stosunku do jamistości mieszanki kru­szywa grubego i drobnego; — niedostateczna efektywność zagęszczania. Przy ocenie porowatości mieszanki betonowej uwzględnia się tylko pustki powiet­rzne, występujące w przestrzeniach między ziarnami składników stałych, a więc zarówno między ziarnami kruszywa jak i cementu. Nie jest natomiast istotna w przypadku beto­nów zwykłych porowatość materiału, z którego pochodzi kruszywo, gdyż celem do­boru właściwych proporcji składników mieszanki betonowej jest m.in. szczelność samej kompozycji składników, a nie poprawienie szczelności materiału, z którego składniki te powstały. Warto również zwrócić uwagę na to, że oznaczenie szczelności mieszanki betonowej wymaga dużej dokładności. Niedopełnienie tego warunku powoduje, że w rzeczywistości szczelnej mieszance betonowej przypisuje się często nadmierną porowatość tylko z po­wodu małej dokładności samego jej oznaczenia. Konsystencja mieszanki betonowej. Konsystencja jest cechą, którą dobiera się z uwzględnieniem warunków formowania elementów, tj. ich kształtu, rozstawu prętów zbrojenia oraz sposobu zagęszczania. Należy dążyć do stosowania możliwie najgęstszej konsystencji, gdyż w miarę zwiększania ilości wody pogarszają się właściwości betonu, a szczególnie skurcz i porowatość. Z drugiej strony zastosowanie zbyt gęstej konsystencji, źle dobranej do konkretnych warunków zagęszczania, może spowodować niedostateczne zagęszczenie mieszanki — beton może być rakowaty. Dane na temat zastosowania poszczególnych konsystencji zawiera tabl. 6-6. Dość wody, jaką należy dodać dla uzyskania określonej konsystencji betonowej mie­szanki betonowej, zależy od uziarnienia kruszywa. Większą wodożądność wykazują ziarna mniejsze. Nie można jednak stosować kruszyw zbyt gruboziarnistych z uwagi na to, że ziarna drobne, szczególnie mniejsze od 0,5 mm, mają zdolność utrzymywania wody w mieszance. Przy zbyt małej zawartości w kruszywie ziarn 04-0,5 mm nie można otrzymać rzadszych konsystencji, gdyż mieszanina betonowa nie jest w stanie utrzymać zwiększonych ilości wody i ulegać będzie segregacji. Ilość ziarn 04-0,5 mm wyrażona w stosunku do ogólnej ilości kruszywa drobnego (04-2 mm) w mieszance kruszywa określa tzw. punkt pylowo-piaskowy P,. Właściwe wartości punktu pyłowo-piaskowego w zależności od zawartości cementu w betonie podano w tabl. 6-7. Dla uzyskania odpowiedniej wytrzy­małości zachodzi konieczność zachowania określonego stosunku Cl W. Dlatego przy zmianie konsystencji nie można poprzestać na zmianie samej ilości wody, należy także proporcjonalnie do CjW zmienić ilość cementu. Przy zachowaniu tego warunku regulowanie konsystencji odbywa się przez zmianę ilości zaczynu. I ostatecznie (co wykorzystuje się przy ustaleniu składu be­tonu) przy tym samym kruszywie i stałej Wskaźniki konsystencji mieszanki betonowej wartości C/ W konsystencja betonu zależy wyłącznie od ilości zaczynu cementowego. Po­szczególne stopnie konsystencji odróżnia się w zależności od wyników badań wykony­wanych jedną z dwu metod: stożka opadowego, Nazwy poszczególnych konsystencji, jak i właściwe dla nich wyniki pomiarów po­dano w tabl. 6-8. Urabialność decyduje o ilości energii, jaką należy zużyć dla zagęszczenia w formie mieszanki betonowej o danej konsystencji. Łatwość, z jaką mieszanka betonowa pod­daje się zagęszczeniu, zależy przede wszystkim od łącznej objętości drobnych (do 2 mm) składników mieszanki łącznie z wodą zarobową, tj. zaprawy. Ilość jej obliczyć można posługując się zmodyfikowanym wzorem [6-8] gdzie Z — ilość zaprawy, dm3/m3. Właściwa ilość zaprawy Z zależy od intensywności zagęszczania. Im jest ono skutecz­niejsze, tym mniejszą ilość zaprawy może zawierać beton, co oczywiście korzystnie wpływa na jego właściwości po stwardnieniu i pozwala stosować mniejsze ilości cementu. O urabialności mieszanki, obok ilości zaprawy Z, zawartości ziarn 04-0,5 mm — Pf, decyduje także ilość ziarn frakcji 04-0,125 mm, zwanych najdrobniejszymi. Od ilości tych najdrobniejszych ziarn zależy spoistość po zagęszczeniu, wykorzystywana przy pro­dukcji prefabrykatów w formach zdejmowanych natychmiast po wykonaniu elementów. Ilość tych ziarn wpływa na wygląd powierzchni betonu po zdjęciu deskowania. Orientacyjną łączną objętość ziarn najdrobniejszych i cementu w betonie podano w tabl. 6-9. Większe od podanych w tablicy ilości zaprawy należy przyjmować w nastę­pujących przypadkach: stosowania kruszywa łamanego; przy małej skuteczności zagęszczania; przy lokalnych dużych zagęszczaniach zbrojenia; przy stosowaniu kruszywa drobnoziarnistego z przewagą ziarn od 2 do 4 mm.