Betony lekkie.doc

Betony lekkie

Wiadomości ogólne

Betony lekkie (PN-EN 206-1:2003) charakteryzują się małą gęstością w stanie suchym nieprzekraczającą 2000 kg/m3. Dzięki niskiemu ciężarowi objętościowemu lekkie betony mają dobre właściwości izolacyjne. Czynnikiem odróżniającym betonów lekkich od betonów zwykłych jest ich zakres stosowania. Z betonu zwykłego wykonuje się konstrukcje, których zadaniem jest przenoszenie obciążeń, natomiast betony lekkie obok zadań wytrzymałościowych mogą spełniać również funkcje termoizolacyjne lub wynikające z potrzeb zmniejszenia ciężaru własnego konstrukcji [1]. Betony lekkie mają niską wytrzymałość w porównaniu z betonami zwykłymi oraz większą odkształcalność. W betonach lekkich zamiast kruszywa zwykłego (stanowiące 75% objętości betonu) stosowane są kruszywa lekkie mineralne lub wypełniaczy organiczne. Można również otrzymać betony lekkie wprowadzając do mieszaniny piasku i cementu dużą ilość porów przez za­stosowanie specjalnych substancji piano- lub gazotwórczych.

Klasyfikacja betonów lekkich

Podstawowe parametry charakteryzujące betony lekkie oraz opisujące ich wła­ściwości fizyczne odnoszą się do rodzaju zastosowanego do ich produkcji kru­szywa lub wypełniacza oraz struktury betonu. Ze względu na rodzaj zastosowanego kruszywa bądź wypełniacza betony dzie­li się na:

1.      Betony lekkie kruszywowe, do których stosuje się kruszywa mi­neralne naturalne, kruszywa ze spiekanych glin i surowców skalnych czy kruszywa z odpadów przemysłowych o wielkości ziaren co najmniej 4 mm;

2.      Betony z kruszywami (wypełniaczami) organicznymi, wytwarzane z or­ganicznych cząstek rozdrobnionego drewna, roślin lub tworzyw sztucznych w postaci wypełniaczy włóknistych (wełna drzewna, słoma rzepakowa), struż­ki stolarnianej, spienionego polistyrenu czy trocin, środków je mineralizujących i spoiwa; w wielu przypadkach w celu zwiększenia wytrzymałości gotowego produktu stosuje się dodatek wypełniaczy mineralnych;

3.      Betony komórkowe wykonywane z piasku kwarcowego lub mikrokruszywa kwarcowego naturalnego (piasek zmielony), mikrokruszywa gliniano-żelaziano-kwarcowego sztucznego (popioły lotne) lub ich mieszaniny o wielkości pojedynczego ziarna nieprzekraczającej zasadniczo 100 µm. Betony komór­kowe charakteryzują się porowatością całkowitą 60-85%, na którą składają się makropory wielkości 0,1-5,0 mm powstające w wyniku reakcji chemicz­nych spulchniania oraz mikropory typu kapilarnego o średnicy mniejszej niż 0,1 mm powstające w wyniku odparowywania wody.

Ze względu na strukturę i układ ziarn w betonie lekkim rozróżnia się betony:

1.      Zwarte - wolne przestrzenie między ziarnami kruszywa są wypełnione zaprawą cementową w ilości nie mniejszej niż 85% ich objętości;

2.      Półzwarty - mają w ogólnej ilości kruszywa co najmniej 15-procentową zawartość frakcji ziaren mniejszych niż 4 mm, a ponadto mniej niż 85% przestrzeni między ziarnami jest wypełnione zaprawą;

3.      Jamisty - jest wykonany z kruszywa grubego średnicy powyżej 4 mm, a zaczyn cementowy jedynie pokrywa ziarna kruszywa i spaja je ze sobą.

Betony z wypełniaczami organicznymi dzieli się ze względu na postać wy­pełniacza stosowanego do produkcji na trzy zasadnicze grupy:

1.      Betony z wypełniaczami organicznymi włóknistymi (wiórkami drzewnymi, słomą rzepakową, włókniną);

2.      Betony z wypełniaczami w postaci rozdrobnionych cząstek substancji drzew­nej lub roślinnej (takimi jak strużka stolarniana, zrębki poekstrakcyjne, siecz­ka roślin słomiastych: rzepaku, trzciny, paździerzy lnianych i konopnych) oraz spienionego polistyrenu czy rozdrobnionych wyrobów gumowych;

3.      Betony z wypełniaczami w postaci pyłów (trocin, mączki drzewnej).

Betony komórkowe dzielą się w zależności od metody wytwarzania w nich porów na:

1.      Gazobetony, w których powstające pory są rezultatem wytwarzania się w ma­sie zarobowej pęcherzyków gazu na skutek reakcji chemicznych;

2.      Pianobetony, w których powstawanie porów odbywa się w wyniku wprowa­dzenia do zarobu piany wytworzonej mechanicznie;

3.      Pianogazobetony, w których wytworzone pory są efektem współdziałania środków gazotwórczych i pianotwórczych.

Betony lekkie można podzielić także ze względu na zastosowanie z uwzględ­nieniem ich gęstości objętościowej na:

1.      Betony izolacyjne o gęstości objętościowej 300-1000 kg/m3 i dobrej izolacyjności, charakteryzujące się współczynnikiem przewodzenia ciepła λ niewiększym niż 0,35 W/(m×K); nie wprowadza się dla nich ograniczeń wytrzy­małościowych (najczęściej wytrzymałość nie przekracza 3 MPa);

2.      Betony izolacyjno-konstrukcyjne o gęstości objętościowej 1000-1400 kg/m3, wytrzymałości powyżej 3 MPa i współczynniku przewodzenia ciepła λ nieprzekraczającym 0,7 W/(m×K), zapewniającym wystarczający komfort cieplny (jest to najczęściej wykonywany rodzaj betonu lekkiego);

3.      Betony konstrukcyjne o gęstości objętościowej  1400-2000 kg/m3 i wytrzymałości powyżej 14 MPa charakteryzujące się gorszymi właściwościami cieplnymi w stosunku do pozostałych betonów lekkich (współczynnik λ nie przekracza zasadniczo 1,1-1,2 W/(m×K)), lecz znacznie lepszymi parametra­mi wytrzymałościowymi, przez co znalazły zastosowanie przy zbrojeniu stalą lub sprężaniu.

W normie PN-EN 206-1:2003 podane są klasyfikacje betonu lekkiego w zależności od wytrzymałości na ściskanie - tablica 6.

Tablica 6. Klasy wytrzymałości na ściskanie betonu lekkiego [PN-EN 206-1:2003]

Wpływ czynników środowiskowych na właściwości betonów lekkich

Beton lekki powinien zachowywać wymaganą wy­trzymałość oraz cechy użytkowe przez cały okres użytkowania. Ze względu na specyfikę i różnorodność betonów lekkich uzyskanie odpowiedniej trwałości wymaga w wielu przypadkach prowadzenia prac konser­wacyjnych, aby zapobiec ich degradacji na skutek oddziaływania różnorodnych czynników środowiskowych. Czynniki mające wpływ na obiekt budowlany lub jego część sklasyfikowano w zależności od pochodzenia i sposobu oddziaływania w normie ISO 6241 następująco:

1.        Grunt - wody gruntowe, agresywne związki chemiczne, ruch cieczy, odparowanie z powierzchni, zanieczyszczenie gruntu, ci­śnienie wody;

2.        Atmosfera zewnętrzna - temperatura i jej zmiany, wilgotność powietrza, agre­sywne gazy i pyły, opady atmosferyczne, promieniowanie, zamrażanie i od­mrażanie, mgła solna, czynniki powodujące kawitację i ścieranie;

3.        Środowisko wewnętrzne - temperatura, szoki termiczne, wilgotność powie­trza, kondensacja pary wodnej, agresywne gazy i aerozole powstające w wy­niku użytkowania, czynniki powodujące ścieranie;

4.        Środowisko biologiczne - mikroorganizmy, insekty, inne zwierzęta, rośliny,

5.        Oddziaływanie mechaniczne - odkształcenia, obciążenia użytkowe;

6.        I inne - wynikające z nieodpowiedniego dostosowania materiałów.

Oddziaływania te mogą mieć charakter chemiczny (reakcje alkaliczno-krzemionkowe oraz alkaliczno-węglanowe, wpływ chlorków, siarczanów lub dwutlen­ku węgla, jak również wielu cieczy i gazów pochodzenia naturalnego), a także fizyczny (wpływ wysokiej temperatury, różnice w rozszerzalności cieplnej kru­szywa i stwardniałego zaczynu oraz zamrażanie i odmrażanie) lub mechaniczny (udar, ścieranie, erozja itp. Betony lekkie ze względu na ich stosunkowo szerokie zastosowanie (począw­szy od ścian fundamentowych, kończąc na elementach stropodachu) są poddawa­ne oddziaływaniu większości czynników. Podstawowymi czynnikami wpływają­cymi na ich trwałość są:

1.        Odporność na agresję chemiczną, wpływ wody i działanie niskich temperatur (zamrażanie i odmrażanie). Agresja chemiczna wymaga w większości przypadków środowiska wodnego lub niezerowej wilgotności. Beton suchy nie będzie ule­gał uszkodzeniom w wyniku działania agresywnych substancji w przypadku, gdy nie będą one zdysocjowane lub nie będą występować w postaci pary. Wśród mechanizmów najczęściej prowadzących do zniszczenia betonu wyróżnić moż­na ługowanie rozpuszczalnych w wodzie produktów agresji (w pierwszym eta­pie na powierzchni, w następnym wewnątrz materiału wraz z postępem agresji) oraz pęcznienie betonu wywołane powstawaniem na skutek agresji kryształów o zwiększonej objętości. Konstrukcje z betonów lekkich narażone na działanie czynników atmosfe­rycznych ze względu na dużą porowatość ulegają znacznemu zawilgoceniu. Woda znajdująca się w porach ma negatywny wpływ na parametry wytrzymało­ściowe betonu na skutek kolejnych cykli zamrażania i odmrażania, przy czym parametr ten jest warunkowany również ilością zastosowanego spoiwa. Znaczne zawilgocenie w przypadku, gdy ilość spoiwa w betonie nie jest duża, może być przyczyną jego zniszczenia (braku mrozoodporności). Wpływ wody na właściwości betonów lekkich odnosi się również do izolacyjności przegród. Materiały betonowe wraz ze wzrostem zawartości wolnych przestrzeni (porowatości...