Zespalanie betonów o różnym wieku

Seria: BUDOWNICTWO z. 31 Nr kol. 348

Tadeusz Hop

ZESPALANIE BETdNÓW O RÓŻNYM WIEKU

1 • Czynniki wpływające na .jakość zespalania betonów o różnym wieku.

Jakość zespolenia betonów różnowiecznych w przerwach roboczych »złą­

czach, stykach i spoinach ma istotny wpływ na nośność i sztywność kon­

strukcji betonowych zarówno monolitycznych, jak i prefabrykowanych»

Problem zespalania betonów różnowiecznych jest przedmiotem badań już przez około pół wieku ^-Stwierdzono, że na jakość tego zespole-’

nia mają wpływ zarówno czynniki fizyko-mechaniczne jak i chemiczne. Są to w szczególności: wiek jednego i drugiego z zespalanych betonów,stan powierzchni betonu starszego, sposób przygotowania tej powierzchni i jej wilgotność, cechy betonu młodszego (konsystencja, skład, rodzaj ce­

mentu, zawartość dodatków), sposób nanoszenia młodszego betonu oraz wa­

runki jego dojrzewania.

Aby styk był nie gorszy wytrzymałościowo od słabszego z łączonych betonów, nie wystarczą takie zabiegi jak dekarbonizacja, nakuwanie i nawilżanie powierzchni starszego z betonów czy też wibrowanie betonu świeżo nakładanego [^2]. Pełne zespolenie nastąpi dopiero wtedy, kiedy na styku powstaną zrosty krystaliczne produktów hydratacji spoiwa w jed­

nym i drugim betonie. Aby mogła wytworzyć się pośrednia warstwa takich zrostów, musi dojść do należytego zwilżenia powierzchni starego betonu przez składnik lepki betonu nowego. Niedoborowi tego składnika i ewen­

tualnie niskiej jego jakości można zaradzić przez wprowadzenie do sty­

ku dodatkoviego zaczynu cementowego. Odpowiednio przygotowany zaczyn mo że spełnić z bardzo dobrym rezultatem rolę kleju [ 1 ,2 ].

60 Tadeusz Hop

2. Poprawa efektywności zespalania betonów za pornosa, kle.iu cementowego

Jakość koloidalnego kleju cementowego zależy przede wszystkim od miałkości cementu oraz od stosunku W/C.

Z badań dawniej szych [ 2 ] i z aktualnie prowadzonych badań własnych [3] wynika, że miaikość cementu wpływa zarówno na końcową wytrzymałość kleju cementowego, jak i na tempo wzrostu tej wytrzymałości w czasie.

Powierzchnię właściwą rzędu 3000 cm /g wykazują zwykłe cementy 2 port­

landzkie bez dodatkowego przemiału. Chcąc podnieść ten wskaźnik na po- ziorn 5000 do 7000 cm /g, trzeba poddawać cement dodatkowemu przemia­

łowi. Tylko specjalne cementy wysokojakościowe mogą osiągać powierz- 2

chnię właściwą rzędu 4500 do 5000 cm /g. Ponieważ, zmiana stopnia roz- drobnienia od 5000 do 70 0 0 cm /g daje niedużą stosunkowo poprawę jako­2 ści kleju cementowego, więc autorzy pracy [2 ] zalecają pozostawanie przy niższej z tych wartości. Mniej kosztowny będzie wtedy przemiał ce­

mentu.

Trzeba dążyć do tego, by stosunek W/C osiągał wartości zbliżające się do 0,25. Nie należy przekraczać wartości W/C = 0,35« Przy W/C=0,25 klej cementowy ma konsystencję pasty. Można go upłynnić przez wibrowa­

nie. Najlepsze efekty dała wibroaktywacja przy częstości 10 000 drgań/

min. i amplitudzie 0 , 3 mm lub przy częstości 14000 drgań/min. i ampli­

tudzie 0 ,1 mm. Zadowalające okazało się również wibrowanie o częstości 3000 drgań/min. i amplitudzie 0 , 5 mm. Przy stosunku W/C = 0,35 nano­

szenie kleju cementowego nie jest uwarunkowane wibroaktywacją.

Klej cementowy można uplastycznić dodatkiem odpowiedniej substancji powierzchniowo czynnej, np. ługu posulfitowego w ilości 0 ,1 f 0 ,2% li­

cząc od ciężaru cementu.

Chcąc przyspieszyć osiągnięcie potrzebnej wytrzymałości przez klej cementowy, stosuje się dodatek CaCl^ (2% w stosunku do cementu).

Przy łączeniu betonu świeżego z betonem stwardniałym pośrednia war­

stwa kleju cementowego powinna mieć grubość 1 f 1,5 ran.

Zastosowanie kleju cementowego nie zwalnia oczywiście od czyszcze­

nia i nawilżania starego betonu.

Badania własne dotyczą kleju z cementów portlandzkich Wiek 550 i Chełm 450.

Cement wiek 350 charakteryzował się następującymi wartościami po-

p

wierzchni właściwej: 2820 (normalny przemiał), 5 150 i 6000 cnr/g(z prze­

miałem dodatkowym). Stosunek wody do cementu wynosił 0,28. Jako piasty fikator służył Klutanit w ilości około 0,1% (ciężarowo) w stosunku do cementu. Najpierw dodawano do cementu połowę przewidzianej ilości wody z całym dodatkiem Klutanitu. Po wstępnym wymieszaniu wprowadzano pozo­

stałą ilość wody i poddawano tworzony zaczyn działaniu homogenizera (ok. 14000 obr/min* z jednoczesnym wibrowaniem za pomocą aparatu VE-B£

Zasadnicza część procesu mieszania trwała około 3-4 minut.

Przy wyższych wartościach powierzchni właściwej upłynnianie kleju stawało się trudniejsze i skracał się okres jego urabialności (żywot­

ności) •

Cement Chełm 450 wykazywał następujące wartości powierzchni właści- p

wej: 3120 (normalny przemiał), 4950 i 5575 cm /g (z dodatkowym przemia­

łem) .

Warto tu zaznaczyć, że klej cementowy może być wykorzystany do łą­

czenia gotowych elementów betonowych, np. w ustrojach warstwowych.Noś­

ność takiego połączenia zależy od: powierzchni właściwej cementu, sto­

sunku W/C, sposobu upłynniania kleju, dodatków uplastyczniających i przyspieszających tężenie, grubości skleiny, wilgotności środowiska, wstępnego dojrzewania kleju, nacisku.

Powierzchnie łączonych elementów trzeba oczyścić i nawilżyć.Najlep­

szy jest klej z cementu poddanego dodatkowemu przemiałowi pozwalające-

2 *

mu uzyskać powierzchnię właściwą do 7000 cm /g. Można też użyć wysoko- jakościowego cementu o powierzchni właściwej do 5000 cm /g. 2 Stosunek W/C nie powinien przekraczać wartości 0,25* Do upłynniania kleju trze­

ba stosować wibrowanie o częstościach i amplitudach podanych przy oma­

wianiu łączenia betonu stwardniałego i świeżego. Wpływ plastyfikatora w postaci ługu posulfitowego (0 ,1% od ciężaru cementu) i przyspiesza­

cza tężenia w postaci dwuchlorku wapnia (2% od ciężaru cementu) przed­

stawia się następująco:

wiek skleiny w dobach: 1 3 7 28

Rgd/Rg 2,4 1,6 1,5 1,3

62 Tadeusz Hop

Symbol R ^ oznacza wytrzymałość skleiny v: elemencie zginanym przy uży­

ciu kleju z dodatkami* Symbol R odnosi się do tejże wytrzymałości, ale w przypadku kleju bez dodatków. Im cieńsza skleina, tym większa jest jej nośność. W praktyce grubość skleiny wynosi 1-1,5 mm« Im więk­

sza wilgotność środowiska, tym lepsza jest adhezja kleju i wyższa noś­

ność połączenia. Wstępne dojrzewanie kleju (przed złożeniem łączonych części) powinno trwać 2-5 godz. Nacisk na połączenie trzeba dostoso­

wywać do stosunku W/C. Nie może on być zbyt duży, bo zabraknie kleju w połączeniu. Przy W/C = 0,25 optymalny nacisk wynosi około 1 kG/cm . Mo­

żliwe jest wprowadzenie w skład kleju piasku mielonego o powierzchni właściwej 3000 cm /g. Uzyskuje się dzięki temu zmniejszenie skurczu i 2

przyspieszenie procesów krystalizacji kleju.

3« Poprawa efektywności zespalania betonów za pomocą kle.iu epoksydowe- So

Radykalną poprawę jakości zespolenia daje warstwa kleju epoksydowe­

go naniesiona na stary beton bezpośrednio przed wykonaniem warstwy z nowego betonu. Na podstawie badań [4] można zalecić następujący skład kleju epoksydowego (w częściach ciężarowych):

żywica epoksydowa Epidian 5.... ... 100 cement portlandzki ... 7 0 - 1 5 0 ftalan dwubutylu ... 20

utwardzacz Z-1 ... 9

•Zużycie żywicy epoksydowej wynosi 0 , 5 do 0 , 7 kg na 1 m połączenia.2

Wspomniane badania [4] dotyczyły betonu żwirowego, który wykazywał na- stępującą wytrzymałość na ściskanie: po 14 dniach 223 kG/cm , 2 po 42 dniach 275 kG/cm . Próbki wyjściowe w postaci belek 4 x 2 8 x 70 cm, 5 x 1 0 x 45 cm i 10 x 10 x 34 cm łamano po 28 dniach i tworzono następnie belki zespolone przedstawione na rysunku 1 bez zastosowania i przy za­

stosowaniu kleju epoksydowego. Oprócz belek badano próbki walcowe 1(/16.

Po rozłupaniu walca w wieku 28 dni uzupełniano jego połowę nowym beto­

nem bez zastosowania i z zastosowaniem w styku kleju epoksydowego. W chwili badania próbki zespolonej wiek betonu starszego wynosił 42 dni,

± i) ¹⁰

ⁱ

A

20

50

~zs—

- 1 4

li

I

J O

/O ■

«Ą

1 ] beton starszy beton mtodszy

styk bez kleju lub z warstwą kleju epoksydowego

Rys. 1

a młodszego 14 dni. Zniszczenie belek zespalanych bez kleju epoksydo­

wego następowało w styku. W przypadku zespalania z zastosowaniem po­

średniej warstwy kleju epoksydowego pęknięciu uległ beton później wy­

konany. Wyniki badań przedstawiono w tablicach 1 i 2.

Pośrednia warstwa kleju epoksydowego umożliwia również efektywne ze spalanie betonu ze stalą [5]. Przykład takiego zespolenia pokazano na rys. 2 . Stal powleka się klejem bezpośrednio przed nałożeniem betonu.

Porównanienośnościbeleczekbetonowychmonolitycznychi zespolonych

64 Tadeusz Hop

cao

2

•HP TJ 44P ^t—

SI

U •H

i-4P OJ PA ■*J- A-'

OJ 'O

a p

0 0

\ ■p

a p

p g id

bJj •H0) cn 'Or '01. -P

0 O

rM P>3 cg p

g 0

P>3 rH

SI O

5h Pi

■P 01

pSI

X Jo

•Hca

TJP OP.

eo

\

P

a

P ?Sł

•H 'O

r- 4 '0 1

O O

P rM o ca a a

•H N

r - i -P

O 1—1P

PI O

•ri O P O £ P-3 O

•N 'O P >5 P*j PiW

N oPi

P. CD

1—ICD P i O

ca hD p

•H ?

o o^3 TJ

•Si P>3

3 J2

M Q P P i ,P P

OJ■=3'

coOJ

-p pI

ca *si

aP -H -P O

O rP *

co o

01

5>> PPi

® O E i>3 P °

Se .p

*— •vD OJ Ol "*4- Ol

CO vo co 0 Ol

01 OJ CO co co •*J-

LA O J VO LA 1 0

c o CO CO CO O J c o

ca co

- 11 - 11 vD

r— •»

co co OJ

’3 '

X XH

X X

■sh 01 CT\

- |1 •* 1 -

O OJ O

co co

ca .0 ₀ T⁵ P ŚH

0 O LA LA

& X ^{3 LA}X CO X ■'4-

co cg O O O OX

X X T—

<r X

LA X

LA X

I

Tablica 2

Porównanie wytrzymałości na rozciąganie określanej przez rozłupywanie, walców 16/16 monolitycznych i zespolonych

Rodzaj próbek

Siła niszcząca

kG

Wytrzymałość na rozciąganie 2

w kG/cm

R .n ^r

Monolityczne 10300 25,6

z betonu star­ 10800 26,8 27,0

szego 11500 ¿8,6

(42 dni,

Monolityczne 9000 22,4

z betonu młod­ 8500 21,2 21,6

szego 8500 21,2

(14 dni)

Zespolone bez 4000 10,0

użycia kleju 5000 12,4 11,4

epoksydowego 4800 11,9

Zespolone z uży­ 6800 17,0

ciem kleju 8100 20,0 18,3

epoksydowego 7100 18,0

Z badań opisanych w pracy [4] wynika, że takie zespalanie jest równo­

ważne łączeniu stali ze stwardniałym betonem za pomocą klejenia (przy użyciu tego samego kleju epoksydowego).

66 Tadeusz Hop

4. Literatura

1. Mikulski W.G., Igonin L.A.: Scepl^nije i skleiwanije bietona vi soo- rużenijach. Izd. Lit. po Stroit. Moskwa 1965.

2. Uriew N.B., Kichajłow N.W. : Kołłoidnyj cemientnyj klej i jego pri- mienienije w strcitielstwie. Izd. Lit. po Stroit. Moskwa 1567.

3* Hop T., Majkowski R. i inni: Zabezpieczenie chłodni przed szkodliwym działaniem wód i atmosfery przemysłowej. Etap III. Gliwice 1972.

Praca dla przemysłu, nie publikowana.

4. Hop T., Maćkowski R., Kiodyński Z. i inni: Zastosowanie mas polin.e- ro-mineralnych w spoinach, złączach i w warstwach ochronnych elemen-

• tów budowlanych. Gliwice 1971..Praca dla przemysłu, nie publikowana.

5. Bresson J.: Nouvelles recherches et applications concernant l’uti­

lisation des collages dans les structures. Béton plaqué. Annales de L *Institut Technique du Bâtiment et des Travaux F u b l i c s . No 2 7 8 , F é ­ vrier 1971.

CUEIIJIEHłlE EETOHOB PASJK'iHOrO B03PACTA

P e 3 o m e

I

B nocjieflHKe roju jjih noBumeHua cuemieHaa b o b o t o OeToaa co CTapua B C e

CoJiee mapoaoe npaueHeHae Haxo;nHT aneamae uaTepnaati aa ocaoBe nopTjaHjcKiuc aeueaTOB a noJiauepoB.

C T a T b H c o j e p x a T K p a T K H H o 6 3 0 p t exHOJio raa n paroTOBJieuHa x o i a o a x a o r o u e - a e a T a o r o Ksen a e r o c b o K c t b . ycTaaoBJieao cocTaB aaoK cax aoro Kaes a npaB e- j e a o peayjiŁTaTK accjieaoBaaaK BJiaaHaa b t o t o Kjiea a a n p o v a o c T L c n e n a e H a s 6 e

TOBOB*

VERBINDUNG DER BETONE VERSCHIEDENEN AITERS

Z u s a m m e n f a s s u n g

Um ein gutes Anhaften des Neubetons an den Altbeton zu erreichen, bringt man zuerst auf letzteren eine dünne Schicht des Zement - oder Epoxyleimes auf.

Im Beitrag wurden die Grundsätze der Bildung solcher leime und ihre Eigenschaften angegeben. Es wurden auch einige Ergebnisse von Haftpro­

ben dargestellt.