Molnár Viktor - szaki.interpont.huszaki.interpont.hu/Jegyzetek_tankonyvek/Epitoanyagok_II.pdf · dulus a görbe feletti terület mérőszámát adja meg, a szemmegoszlási görbe

Molnár Viktor

ÉPÍTŐANYAGOK II.

Készült a HEFOP 3.3.1-P.-2004-09-0102/1.0 pályázat támogatásával.

Szerző: dr. Molnár Viktor egyetemi docens

Lektor: dr. Józsa Zsuzsanna egyetemi docens

© Molnár Viktor, 2006

Építőanyagok II. A dokumentum használata

A dokumentum használata | Tartalomjegyzék | Irodalomjegyzék Vissza ◄ 3 ►


A dokumentum használata

Mozgás a dokumentumban A dokumentumban való mozgáshoz a Windows és az Adobe Reader meg-szokott elemeit és módszereit használhatjuk.

Minden lap tetején és alján egy navigációs sor található, itt a megfelelő hivatkozásra kattintva ugorhatunk a használati útmutatóra, a tartalomjegy-zékre, valamint a tárgymutatóra. A ◄ és a ► nyilakkal az előző és a követ-kező oldalra léphetünk át, míg a Vissza mező az utoljára megnézett oldalra visz vissza bennünket.

Pozícionálás a könyvjelzőablak segítségével A bal oldali könyvjelző ablakban tartalomjegyzékfa található, amelynek bejegyzéseire kattintva az adott fejezet/alfejezet első oldalára jutunk. Az aktuális pozíciónkat a tartalomjegyzékfában kiemelt bejegyzés mutatja.

A tartalomjegyzék és a tárgymutató használata

Ugrás megadott helyre a tartalomjegyzék segítségével Kattintsunk a tartalomjegyzék megfelelő pontjára, ezzel az adott fejezet első oldalára jutunk.

Keresés a szövegben A dokumentumban való kereséshez használjuk megszokott módon a Szerkesztés menü Keresés parancsát. Az Adobe Reader az adott pozíció-tól kezdve keres a szövegben.

Építőanyagok II. Tartalomjegyzék



Tartalomjegyzék

1. Az adalékanyagok minősítése, javítása .......................................... 6 1.1. Az adalékanyag szemmegoszlásának minősítése ..................................... 6 1.2. Az adalékanyag szemmegoszlásának javítási módszerei......................... 8 1.3. Mintapélda .................................................................................................... 9

2. Az anyagvizsgálatok, a minősítés és a betontervezés matematikai statisztikai alapjai ................................................... 14

2.1. A mérési eredmények matematikai értékelése ....................................... 14 2.2. A leíró statisztika alapfogalmai................................................................. 15 2.3. A statisztikai jellemzők..............................................................................18 2.4. A normáleloszlás ........................................................................................19 2.5. A küszöbérték.............................................................................................22 2.6. A sztochasztikus kapcsolat kifejezése tapasztalati összefüggések

segítségével .................................................................................................23 2.7. Az építőanyagok minősítése..................................................................... 29 2.8. Mintapélda ..................................................................................................35

3. A portlandcement klinker kémiai, ásványi összetétele és szilárdulási mechanizmusa .......................................................... 41

3.1. A kémiai összetétel és a cement-modulusok.......................................... 41 3.2. Ásványi összetétel ......................................................................................42 3.3. A szilárdulás mechanizmusa..................................................................... 43

4. Betonkészítés................................................................................ 47 4.1. A friss beton ...............................................................................................47 4.2. A megszilárdult beton szilárdsági vizsgálatai ......................................... 55 4.3. További vizsgálatok................................................................................... 61 4.4. A beton alakváltozási jellemzői................................................................63 4.5. A beton szilárdságát befolyásoló tényezők ............................................ 71 4.6. A beton fagyállóságát befolyásoló tényezők .......................................... 80 4.7. A beton kopásállóságát befolyásoló tényezők ....................................... 82 4.8. A fagy és a hideg hatása a beton szilárdulására...................................... 84 4.9. A transzportbeton......................................................................................85 4.10. A beton szilárdulásának gyorsítása ........................................................ 88 4.11. Különleges betonok ................................................................................96 4.12. Különleges betontechnológiák ............................................................102

Építőanyagok II. Tartalomjegyzék



4.13. Könnyűbetonok.....................................................................................106 4.14. Betonkorrózió, betonvédelem .............................................................111 4.15. Betontervezés .........................................................................................120

5. Az építőelemek ............................................................................147 5.1. A fémek kristályosodása..........................................................................147 5.2. Az ötvözetek.............................................................................................149 5.3. A szín fémek és ötvözetek lehűlési görbéi ...........................................149 5.4. A vas-szén ötvözetek egyensúlyi állapota.............................................154 5.5. A vas-szén ötvözetek átalakulása a hűtés sebességének

függvényében............................................................................................156 5.6. A vas és az acél hőkezelése.....................................................................157 5.7. Az acél alakítása........................................................................................160 5.8. Az acél technológiai próbái ....................................................................166

6. Az építőfa.....................................................................................168 6.1. A fa fizikai tulajdonságai .........................................................................168 6.2. A fa mechanikai tulajdonságai................................................................170 6.3. A fa egyéb tulajdonságai .........................................................................175 6.4. Az építőfák és fatermékek ......................................................................176 6.5. Kapcsolóelemek .......................................................................................177 6.6. Anyagjellemzők ........................................................................................177

7. Aszfaltok ......................................................................................184 7.1. Az aszfalt definíciója, összetétele...........................................................184 7.2. Aszfaltkeverékek ......................................................................................184 7.3. Aszfaltburkolatok.....................................................................................185 7.4. Aszfaltkeverékek tervezése és gyártása .................................................188 7.5. Öntöttaszfalt burkolatok.........................................................................189

8. Minőségbiztosítás .......................................................................192 8.1. A minőség .................................................................................................192 8.2. Szabványok, szabványosítás ...................................................................193 8.3. A minőség gazdasági hatásai ..................................................................194 8.4. A minőségbiztosítás folyamata, szereplők............................................195 8.5. A minőségügyi dokumentációk..............................................................195 8.6. Ellenőrző, mérő- és vizsgálóberendezések...........................................196 Irodalomjegyzék..............................................................................197

Építőanyagok II. Az adalékanyagok minősítése, javítása



1. Az adalékanyagok minősítése, javítása

1.1. Az adalékanyag szemmegoszlásának minősítése

1.1.1. Az adalékanyag szemmegoszlásának minősítése a finomsági modulus segítségével

A betontechnológiával foglalkozó kutatók arra törekedtek, hogy az ada-lékanyag szemmegoszlását betontechnológiai felhasználás szempontjából lehetőleg egy számmal jellemezhessék. Abrams kimutatta, hogy mindazok a szemmegoszlási görbék, melyeknek a finomsági mérőszáma azonos, betontechnológiai szempontból – gyakorla-ti határok között – egyenlő értékűeknek tekinthetők. Ez volt a betontech-nológia első alapvető törvénye. A finomsági modulust a mi szita-, ill. rostasorunkon a következőképpen számíthatjuk:

100

FMm

maxd

0,063ii∑

==

vagyis a szabvány szitasoron fennmaradt (FM) tömegszázalékok összege osztva 100-zal. Azaz a finomsági modulus a szemmegoszlási görbe feletti terület mérőszáma. A finomsági modulus ismeretében meghatározhatjuk a gömb alakú szem-csékből állónak képzelt ideális szemcsehalmaz da átlagos átmérőjét és az „A” fajlagos felületét:

ma 20,063d ⋅= ;

ad227A = (m2/kg)

A négyzet alakú rosták helyett szükség esetén körlyukúak is használhatók. Az átszámítás:

0d0,8d ⋅=




A finomsági modulust akkor is dmin=0,063 mm-es kezdőszita alapján kell kiszámítani, ha a szitasorból ez hiányzik. A finomsági modulus képletéből látszik, hogy a finomszemek (pl. 0,063) mennyiségének 1-2%-os megváltozása a modulust észrevehetően nem változtatja meg. A finom részeknek azonban a gyakorlatban nagy a szere-pük. Popovics ezt figyelembe véve a következőképpen bővítette az Abrams féle finomsági modulus törvényt: mindazok az adalékanyagok, amelyeknek a finomsági modulusa és a fajlagos felülete azonos, beton-technológiailag egyenértékűek. A finomrészek fajlagos felületét azonban bonyolultan lehet meghatározni. A hazai adalékanyagokra a finomsági modulus használata legtöbb esetben elégséges. A fajlagos felület meghatá-rozása legtöbbször a talajmechanikában fontos.

1.1.2. Az adalékanyag szemmegoszlásának minősítése a szabványos határgörbék segítségével

A hazai és külföldi szabályzatok a legnagyobb szemnagyság függvényében egyaránt megadnak olyan szemmegoszlási görbéket, amelyekkel a közéjük eső szemmegoszlási görbéket I., ill. II. osztályúaknak, ill. osztályon kívüli-nek lehet minősíteni. Ilyen szemmegoszlási határgörbéket mutatunk be példaként 32 mm legnagyobb szemnagyság esetére az 1.1. ábrán.

1.1. ábra. Szemmegoszlási határgörbék dmax=32 mm esetére

Ha a szemmegoszlási görbe bizonyos rövidebb szakaszon kilép a határ-görbék közül, akkor a határgörbés minősítés alapján a gyengébb kategóri-




ába kellene sorolni. Azonban figyelembe véve azt, hogy a finomsági mo-dulus a görbe feletti terület mérőszámát adja meg, a szemmegoszlási görbe megrajzolható és minősíthető a szemmegoszlást helyettesíthető görbe alapján. Erre mutatunk példát az 1.2. ábrán. A területkiegyenlítés nem alkalmazható az 1 mm-nél kisebb, nagy fajlagos felületű részekre.

1.2. ábra. Szemmegoszlási görbe finomítsa területkiegyenlítéssel [1]

1.2. Az adalékanyag szemmegoszlásának javítási módszerei

Az adalékanyag szemmegoszlás javításának szükségessége akkor merül fel, ha a finomsági modulus nem megfelelő (rendszerint kicsi), ha a görbe alakja nem megfelelő (pl. lépcsős), vagy ha méreten felüli szemeket tartal-maz. A javítás módjai:

a) A méreten felüli szemcsék kirostálása; b) A szemmegoszlás javítása két részre (rendszerint homokra és kavicsra)

bontással és megfelelő arányú keveréssel; c) Az eredeti szemmegoszlás javítása valamilyen adalékfrakcióval (rendsze-

rint kavics pótlással); d) Az adalékanyag több frakcióra osztályozása és megfelelő arányú keveré-

se.

A továbbiakban a javítás egyes eseteire mutatunk be példát.




A b) esetben pl. válasszuk szét az adalékanyagot homokra és kavicsra, és állapítsuk meg a keverési arányt úgy, hogy a javított szemmegoszlási görbe finomsági mérőszáma m0 legyen. Külön kiszámítjuk a homok (mH) és a kavics (mK) finomsági mérőszámát, így az a1, illetve a2 keverési arányt az alábbi egyenletből számíthatjuk:

0K2H1 mmama =⋅+⋅

1aa 21 =+

A keresett szemmegoszlási görbe áthullt tömegszázalék értékeit a követke-ző képletből kaphatjuk:

0K2H1 aaaaa =⋅+⋅

Erre a megoldásra mutatunk be mintapéldát. Hasonlóan végezzük el a keverési arányok számítását a c) esetben is mH helyett me (e = eredeti), mK helyett mj (j = javító) finomsági modulusokat kell a két ismeretlenes egyenletrendszerbe helyettesíteni. A gyakorlati esetek egy részében az adalékanyagot több frakcióra osztá-lyozzák, és a frakciók egymást átfedik. Ebben a d) esetben is csak két egyenlet írható fel, nevezetesen 3 frakció esetén:

0332211 mmamama =⋅+⋅+⋅

1aaa 321 =++

A három ismeretlen közül egyet fel kell vennünk. Pl. ai felvehető azáltal, hogy a megfelelő minőségű halmazt 100%-ban belekeverjük.

1.3. Mintapélda Határozza meg az alábbi adalékanyag szemmegoszlását és javítsa meg az adalékanyagot két frakcióra való bontással I. osztályúra. Kiszámítjuk az adott HK szemmegoszlását és mHK-at. (vizsgált tömeg 10kg = 10000g). A számítást táblázatos formában végeztük el: az 1.1. táb-lázatban a homokos kavics-; az 1.2. táblázatban a homok-; az 1.3. táblá-zatban a kavics-; az 1.4. táblázatban a javított homokos kavics szemmeg-oszlási görbéjét és finomsági modulusát (m) számítottuk ki. A „tálca” so-rában levő 100∗-as az m számítása során kimarad az összeadásból, mer a d<0,063 mm-es szemcsék nem szerepelnek a szemmegoszlási görbén.




1.1. táblázat. Homokos kavics szemmegoszlása

Φ mm FM töm. g

FM töm. %

Σ FM töm. %

ÁH töm. %

24 - - - 100 16 200 2,0 2,0 98 12 560 5,6 7,6 92,4 8 600 6,0 13,6 86,4 4 1300 13,0 26,6 73,4 2 1440 14,4 41,0 59,0 1 1300 13,0 54,0 46,0 0,5 1450 14,5 68,5 31,5 0,25 1360 13,6 82,1 17,9 0,125 1320 13,2 95,3 4,7 0,063 270 2,7 98,0 2,0 tálca 200 2,0 100,0∗ 0,0 Σ 10000 100,0∗ 488,7

4,89100

488,7100FM%

mHK === ∑

Az eredményt a dmax = 16mm-es szemmegoszlási határgörbén kell ábrá-zolni. Látható, hogy a minősége osztályon kívüli, (1.3. ábra). Szétbontjuk a homokos kavicsot (HK-t) homokra (H)és kavicsra (K) és számítjuk mH-t és mK-t.

1.2. táblázat. Homok szemmegoszlása

Φ mm FM töm. g

FM töm. %

Σ FM töm. %

ÁH töm. %

4-24 - - - - 2 1440 19,6 19,6 80,4 1 1300 17,7 37,3 62,7 0,5 1450 19,8 57,1 42,9 0,25 1360 18,5 75,6 24,4




0,125 1320 18,0 93,6 6,4 0,063 270 3,7 97,3 2,7 tálca 200 2,7 100,0∗ 0,0 Σ 7340 100,0 380,2

3,80100

380,2100FM%

mh === ∑

1.3. táblázat. Kavics szemmegoszlása

Φ mm FM töm. g

FM töm. %

Σ FM töm. %

ÁH töm. %

24 0 0 0 100 16 200 7,5 7,5 92,5 12 560 21,1 28,6 71,4 8 600 22,5 51,1 48,9 4 1300 48,9 100,0 0 2 - - 100,0 0 1 - - 100,0 0 0,5 - - 100,0 0 0,25 - - 100,0 0 0,125 - - 100,0 0 0,063 - - 100,0 0 tálca - - 100,0∗ 0 Σ 2660 100,0 787,2

7,87100

787,2100FM%

mK === ∑

→=⋅+⋅ jkh mkmhm ahol mj a szabványos szemmegoszlási görbéből pl.:

6,102

5,606,602

mmm ba

j =+

=+

= számítható,

de ahol mj értéke ma és mb között tetszőlegesen felvehető.




6,10k7,87h3,80 =⋅+⋅

0,57k0,43;h1kh ==→=+

1.4. táblázat. A javított anyag szemmegoszlása

Áthullott homok Áthullott kavics A.H + b.K Φ mm

ÁHh %

h ÁHhxh%

ÁHK %

k ÁHkxk%

ΣÁH %

ΣFM. %

24 100 43 100 57,0 100 0 16 100 43 92,5 52,7 95,7 4,3 12 100 43 71,4 40,1 83,1 16,9 8 100 43 48,9 27,9 70,9 29,1 4 100 43 0 0 43,0 57,0 2 80,4 0,43 34,6 0 0,57 0 34,6 65,4 1 62,7 27,0 0 0 27,0 73,0 0,5 42,9 18,4 0 0 18,4 81,6 0,25 24,4 10,0 0 0 10,0 90,0 0,125 6,4 2,8 0 0 2,8 97,2 0,063 2,7 1,2 0 0 1,2 98,8 tálca 0 0 0 0 0 100∗ Σ h.H + k.K= 613,3

múj = 6,13~ mj = 6,10

Az eredeti adalékanyag, a homokfrakció és a kavicsfrakció, valamint a javított anyag szemmegoszlási görbéi az 1.3. ábrán láthatók.




1.3. ábra. Adalékanyag szemmegoszlásának javítása két frakcióra való

bontással

Építőanyagok II. Az anyagvizsgálatok, a minősítés és a betontervezés matematikai statisztikai alapjai



2. Az anyagvizsgálatok, a minősítés és a betontervezés matematikai statisztikai alapjai

A világban észlelt jelenségek két fő csoportra oszthatók, ezek a determi-nisztikus, azaz pontosan kiszámítható, ill. a sztochasztikus, azaz csak be-csülhető jelenségek. Ez utóbbiak esetében sok – sok kis részeredmény birtokában számítjuk ki, ill. csak becsüljük meg a várható végeredményt. Ez a tudomány, amely ezt lehetővé teszi a matematikai statisztika. A statisztika tudományát a nagy mennyiségben összegyűjtött adatok kiér-tékelésére, és az adatokból való következtetések levonására alkalmazzuk. Arra a kérdésre, hogy ezt az anyagrészt miért itt tárgyalja a jegyzet az a válasz, hogy azért mert az utolsó építőanyag, amelynek a tervezése és elő-állítása még a mérnök kezében van (és nem a gyáriparéban) az a beton, a beton tervezése és előállítása pedig matematikai statisztikai alapokon nyugszik. Ezen felül az építőanyagok minősítéséhez is nélkülözhetetlen.

2.1. A mérési eredmények matematikai értékelése Az anyagvizsgálat feladata az anyagtulajdonságok megállapítása és értéke-lése. Az építőanyagok tulajdonságaival kapcsolatos mérési eredményeket, észlelési értékeket (ezek általában kémiai, fizikai, mechanikai tulajdonsá-gokra vonatkoznak) összehasonlítják rendszerint az Magyar Szabványok-ban előírt értékekkel, vagy jósági számokkal, ezek az anyag felhasználására vonatkozó minősítő adatok. Nem közömbös tehát, hogy ezeket a mérése-ket hogyan hajtják végre, és a kapott eredményeket milyen módon értéke-lik. A mérést – akár laboratóriumban, akár az ipari gyakorlatban – csak korlá-tozott pontossággal tudják végrehajtani, ahogy azt az első félévben ismer-tettük. Tehát minden mérési eredmény tartalmaz hibát, minden mérési eredmény közelítő érték, amely a valóságos értéket jobban vagy kevésbé közelíti meg. A mérés durva hibáit gondossággal és lelkiismeretességgel, valamint a mérőműszerek rendszeres karbantartásával, kalibrálásával csök-kenteni lehet. A mérési hibák másik része a véletlen hiba általában kicsiny. Az anyagvizsgálat eredményét, illetve annak értékelését azonban nemcsak a mérés befolyásolja, hanem nagyon befolyásolják az anyag tulajdonságai-tól, a vizsgált próbák számától, stb. függő jellemző adatok is. Pl. ha egy




betonkeverékből készítünk 5 db kockát, akkor valószínűen ötféle kocka-szilárdságot kapunk. Ez esetben az eltérések okai között egymástól függet-len hatások szerepelnek, amelyeket külön-külön nem tudunk számításba venni. Ezért ezeket az okokat együttesen véletlen jellegűnek és a kockaké-szítés és vizsgálat hibájának tekintjük. A mérési eredmények feldolgozásával a matematikai statisztika foglalko-zik. A továbbiakban – erre támaszkodva csak azokkal a részletkérdésekkel foglalkozunk, amelyek kitűzött célunk, a betontervezés és az építőanyag minősítése kérdésében segítséget nyújtanak. A mérési eredmények feldolgozása és értékelése során az alábbi feladatok adódnak:

a) Az építőiparban tömegcikként vásárolható (pl. tégla, cement) építő-anyagok minősítő vizsgálata azzal a céllal, hogy azok minősége megfe-lel-e azokra az anyagokra a szabványokban rögzített minőségi köve-telményeknek. Ilyen céllal végezteti el a beruházó az építő által előállí-tott beton- és vasbetonszerkezetek minősítő vizsgálatait is.

b) Építőanyagok, mint tömegtermékek minőségének ellenőrzése a gyártás során azzal a céllal, hogy az eredmények alapján a gyártási folyamatra hatni lehessen.

c) A vizsgálat célja lehet a vizsgálati eredmények alapján két vagy több változó között legvalószínűbb empirikus függvénykapcsolat keresése.

d) Új építőanyagokra anyagtulajdonságok illetve követelmények megadása sokszor új vizsgálati módok segítségével. Ez esetben cél a szabályozó iratok (általában szabványok) számára megbízható adatok szolgáltatá-sa.

2.2. A leíró statisztika alapfogalmai A tétel az az építőanyag mennyiség, amely egy mintával minősíthető (pl. 300000 db tömör égetett agyagtégla, vagy egy cementszállítmány). A valószínűségi változókat x-szel, a mintán nyert mérési eredményeket (minőségi jellemzők) szilárdság, méret, testsűrűség stb. x1 …xn-nel jelöljük. Ha a minta darabszáma kicsi, és az eredményeket nagyság szerint rendez-zük, akkor kapjuk a rendezett mintát. Ezt ábrázolhatjuk a számegyene-sen. Nagyszámú minta esetén (n > 50) osztályba sorolást végeznek, azaz a méréseredmények tartományát k egyenlő széles osztályba sorolják. A k értékének a megválasztására szolgáló ökölszabályok:




n ≤ 1000 esetén: n~k , vagy 3 n2~k

n > 1000 esetén: lgn10~k ⋅

Az osztály szélessége:

kxxc 1n −=

ahol xn az osztályban (szakaszban) előforduló legnagyobb, az x1 az osz-tályban előforduló legkisebb érték. Célszerű az osztályközepet viszonylag könnyen számítható x1 értékűre választani. A méréseredmények mindegyikét besorolják az értékének meg-felelő osztályba, végül megszámlálják, hogy hány méréseredmény jutott az egyes osztályokba. Ha i-edik osztályba ni méréseredmény jutott, akkor ni-t az i-edik osztály osztálygyakoriságának nevezik. A további feldolgozás során az osztályok középértékét tekintik méréseredménynek, tekintet nél-kül arra, hogy az egy osztályba jutó méréseredmények valódi középértéke mekkora. A számításokban az osztályközepet az osztálygyakorisággal sú-lyozni kell. Különböző elemszámú minták összehasonlítására alkalmasabb, ha a rela-tív gyakoriságot határozzák meg:

nn

f ii = ; ∑

==

k

1i1/if/

Halmozott relatív gyakoriságon értik a vizsgált és annál kisebb osztá-lyok relatív gyakoriságának az összegét:

∑=

=k

1iik fF

Ez a szám közelítőleg megmutatja mekkora a valószínűsége az i-edik osz-tályközépnél kisebb méréseredményeknek. Szemléletesen ábrázolhatók az adatok a gyakorisági- (vagy a relatív gya-korisági-), továbbá az eloszlási hisztogram segítségével. Vízszintesen a számegyenes az osztályhatárokkal, függőlegesen az osztálygyakorisággal, vagy a relatív gyakorisággal arányos oszlopok képezik a gyakorisági hisztogramot, (2.1. ábra).




2.1. ábra. Gyakorisági hisztogram [2]

Ha a függőleges tengely irányában a halmozott relatív gyakoriságot mér-nek fel, az eloszlási hisztogramot nyerik, (2.2. ábra). A gyakorisági hisztogramok jól szemléltetik az eloszlás típusát.

2.2. ábra. Eloszlási hisztogram [2]

Az eloszlási hisztogram a rendezett minta segítségével is megszerkeszthe-tő. Ha n méréseredmény van, akkor minden egyes méréseredmény 1/n gyakorisággal fordul elő. Az eloszlási hisztogram ugráshelyeit az xi mérés-eredményénél veszik fel, a szintugrások magassága mindig 1/n. Ha egy-azon érték többször is előfordul, akkor egyszerre több szintugrás jön létre.




2.3. A statisztikai jellemzők A statisztikai jellemzők lehetnek helyzeti és szóródási jellemzők. A hely-zeti jellemzők megadják, hogy a mérési adatok hol csoportosulnak, a szó-ródási jellemzők azt mutatják, hogy a mérési adatok hogyan oszlanak el.

2.3.1. Helyzeti statisztikai jellemzők: A számtani középérték vagy várható érték az egyedi méréseredmények-ből számítva

∑=

=n

1iix

n1x

A relatív gyakoriságok ismeretében

i

k

1ii fx

n1x ⋅= ∑

=

A módus (M0) a leggyakrabban előforduló érték. Szimmetrikus eloszlás esetén a gyakorisági hisztogram maximumához tartozó érték. Medián (Me) az a mérési eredmény, amelynél kisebbek és nagyobbak előfordulási valószínűsége egyaránt 0,5. Páratlan számú minta esetében a rendezett minta középső eleme. Páros számú minta esetében a két közép-ső minta átlaga. Szimmetrikus eloszlás esetében a medián az az xM érték, amelyre F/xM/=0,5. A kvantilis a medián általánosítása. A kvantilisek azok az értékek, amelyek különböző adott arányokban osztják fel a mintát. Az első decilis például a mintának az az eleme, amely előtt a mintának 0,1-e utána 0,9-e áll. Ele-gendő számú kvantilissel az eloszlás közelítően jellemezhető.

2.3.2. A szóródási statisztikai jellemző: A terjedelem a mintában előforduló legnagyobb és legkisebb érték közötti eltérés:

minmax xxR −=

Átlagos négyzetes eltérés, vagy szórásnégyzet (variancia):

∑=

−=n

1i

2i

2x x//x

n1s




Egyszerűbb a számítás, ha az alábbi alakban fejezzük ki:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅−⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛= ∑

=

2n

1i

2i

2x xnx

n1s

Az osztálygyakoriságok ismeretében:

i

k

1i

2i

2x nx//x

n1s ⋅−= ∑

=

A relatív gyakoriságok ismeretében:

i2

n

1ii

2x fx//xs ⋅−= ∑

=

A tapasztalati szórás az átlagos négyzetes eltérésből négyzetgyökvonással számított mennyiség

∑=

−⋅=n

1i

2ix x//x

n1s

A szórás azt juttatja kifejezésre, hogy a mérési eredmények milyen mér-tékben ingadoznak az átlagérték körül.

2.4. A normáleloszlás A gyakorlati vizsgálatok sűrűség- és eloszlásábrái mindig összehasonlítan-dók valamilyen elméleti görbével, hogy az eloszlás jellegét (törvényszerű-ségét) ellenőrizhessük, és hogy megfelelően értékelhessük a nyert eredmé-nyeket. Az építőanyag vizsgálatok értékelése szempontjából a legfontosabb való-színűségi eloszlás a Gauss-féle szabályos eloszlás. Az építőanyagok tulaj-donságaival kapcsolatos értékelések azt mutatják, hogy a mérési eredmé-nyek közelítően a szabályos eloszlásból kiragadott mintasorozat elemeinek tekinthetők, a Gauss-féle hibatörvényt követik.

a) A Gauss-féle sűrűségfüggvény:

2)μx(21

e2πσ

1f(x) σ−

⋅−⋅

⋅=




A függvény tulajdonságai:

• A középérték μ z x, ahol a sűrűség maximum. • A görbe μ középre tükrös. • A középtől s z σ (szórás) távolságra a görbének inflexiója van. • A görbe a szórás értékének csökkenésével rohamosan emelkedik

(középre tömörül). • Az átlagos abszolút eltérés d = δ = 0,7979 σ. • A függvény haranggörbe alakú, és a görbe alatti teljes terület eggyel

egyenlő, (2.3/a. ábra).

A függvény egyszerűbb alakra hozható a:

σμxξ −

=

esetlegességi változó bevezetésével. A középre μ = 0 és σ = 1 felvéte-lével, a függvény egységesen ábrázol minden szabályos eloszlást, csu-pán a léptéket kell megfelelően megválasztani. Ez az un. egységnyi szórású Gauss-féle sűrűségfüggvény (2.4/a. ábra):

x21

e2π1f(x)

−⋅=

b) A sűrűségfüggvények összeggörbéje, vagy integrálgörbéje a Gauss-féle eloszlásfüggvény:

dxe2πσ

1f(x)2

2

2σμ)(x

x−

−

∞−∫⋅

=

A Gauss függvény és az egységnyi szórású Gauss függvény eloszlás-függvénye az 2.3/b és a 2.4/b ábrákon látható.




2.3. ábra. Normális eloszlás: a) sűrűség-; b) eloszlás függvénye [2]

2.4. ábra. Egységnyi szórású eloszlás Gauss-féle: a) sűrűség-; b) eloszlás

függvénye [2]




2.5. A küszöbérték Az anyagvizsgálat során nagy jelentősége van a küszöbértéknek. Az eloszlásfüggvénynek x helyen vett értéke: F/x/ megmutatja, hogy x-nél kisebb értékek előfordulásának mekkora a valószínűsége. Az anyagokkal szemben támasztott minőségi követelmények nem abszolút jellegűek, ha-nem bizonyos kockázatot vállalni kell és ennek mértéke előre meghatá-rozható. Például megengedi, hogy egy téglaszállítmány 1‰-ének a szilárdsága (va-gyis jelképesen minden ezredik tégla) egy meghatározott szilárdságértéknél kisebb is lehet. Ha ismerik a szállítmány szilárdságának eloszlását, akkor kikeresik az eloszlásfüggvényen azt az értéket, amelyre F/x/ = 0,001. Megállapítják, hogy a középérték /μ/ és az x0,001 közötti különbség hány-szorosa a szórásnak /σ/-nak. Ezt a szorzót α-val jelölve a küszöbszilárd-ság a következőképpen definiálható:

σαμK α ⋅−=

Tehát a középértékből /μ/ a szórás /σ/ annyi szorosát /α/ kell levonni, hogy a kockázat éppen a tervezett legyen. Az így kapott Kα-nál kisebb eredmény már csak a tervezett mértékben (pl. 1‰) fordulhat elő. Tehát α a kockázattól függő szám. Az új minősítő szabványok már ezt az elvet valósítják meg. Az anyag ak-kor felel meg, ha legfeljebb a tervezett mértékben tartalmaz Kα-nál kisebb eredményeket. Vagyis a küszöbérték olyan érték, amelynél kisebb, adott statisztikai jel-lemzőkkel és eloszlástípussal rendelkező halmazban csak egy előre megha-tározott – rendszerint nem nagy – valószínűséggel fordulhat elő. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy a kockázat mértéke független legyen a kö-zépértéktől és a szórástól, tehát a munka jóságától. Ha pl. azt a kikötést tesszük, hogy azokat az anyagokat még elfogadjuk, amelyek szilárdsága a középtől (balra) 2 σ-ra van, akkor F/2 σ / = 0,0228=2,28%. Ez azt jelenti, hogy 2,28%-ban számolhatunk selejtes árú-val a halmazban, avagy 97,72%-ban lehetünk biztosak abban, hogy megfe-lelő a (termék) halmaz. Ez az egyoldali biztonság. Ha például egymáshoz illeszkedő előregyártott elemek méretmegadásánál azt is kikötjük, hogy maximum ±2 σ értékű méreteltérés lehet, akkor a -2 σ és a +2 σ közötti értékek előfordulási valószínűsége, kétoldali biztonsága =100-2,28-2,28=95,44%.




A 2.5. ábra azt szemlélteti, hogy különböző szórású eloszlások esetén adott előfordulási gyakorisághoz tartozó küszöbérték és középérték igen eltérő lehet.

2.5. ábra. Küszöbérték különböző esetei normális eloszlás esetén: a)

azonos középértékű; b) azonos küszöbértékű eloszlások [2]

2.6. A sztochasztikus kapcsolat kifejezése tapasztalati összefüggések segítségével

2.6.1. A feladat jellemzése A feladat annak meghatározása, hogy hogyan változik meg egy változó értéke, ha egy másik változó értéke megváltozik. A két valószínűségi vál-tozó között szoros függvénykapcsolat nincs. Azért, hogy a kapcsolat még-is kezelhető legyen, olyan függvényeket kell konstruálni, amelyek a lehető legjobban kifejezik az adott sztochasztikus kapcsolat jellegét. Az ilyen függvényt a továbbiakban középgörbének nevezzük. Fogalmilag ez na-gyon hasonló az egyetlen valószínűségi változó eloszlásának helyzeti sta-tisztikai jellemzőihez. A középgörbétől az egyes eredmények helyes illesztés esetén is eltérnek. Ezt reziduális eltérésnek nevetik. A reziduális eltérés a szóródáshoz hason-ló fogalom. Mind a középgörbe meghatározására, mind a kapcsolat szorosságának jellemzésére többféle módszer ismeretes.




2.6.2. Az adatok ábrázolása Két változó közötti kapcsolat legegyszerűbben Descartes-féle koordináta rendszerben szemléltethető. Az x tengelyen az egyik, az y tengelyen a má-sik változó értékei szerint felrakott méréseredmény párok egy pontmezőt határoznak meg. E pontmező is alkalmas első, szemlélet szerinti tájékoztatásra, mind a függvény jellegét, mind a szóródás mértékét tekintve, (2.6. ábra). Megje-gyezzük, hogy ezt az ábrázolást numerikus (pl. számítógépes) feldolgozás esetén sem célszerű mellőzni. Ez esetben elkerülhetők a regressziós elem-zés durva hibái, (pl. helytelen függvény felvétele). A valószínűségi változók transzformációja lehetőséget ad arra, hogy vala-milyen praktikus, könnyen kezelhető függvényalakot nyerjünk. (Pl. az egyik változó értékeit „K” logaritmikus léptékben ábrázolva, közelítően egyenest kapunk.)

2.6. ábra. Két változó közötti kapcsolat (pontmező) ábrázolása pl.

betonszilárdság és az ultrahang terjedési sebessége közötti sztochasztikus kapcsolat [2]




2.6.3. A középgörbe szerkesztésének módszerei

a) Középgörbe illesztése „szabad szemmel”

Matematikai szempontból nem tekinthető korrekt eljárásnak, de a gya-korlatban, széles körben alkalmazott módszer szerint a méréseredmé-nyek halmazára szabadkézzel vagy vonalzóval rajzolnak olyan görbét, amely a pontmező közepén halad. Tájékozódásra az ily módon szer-kesztett középgörbék is kiválóan alkalmasak lehetnek, (2.7. ábra).

2.7. ábra. Középgörbe illesztése szabad szemmel pl. betonszilárdság és az

ultrahang terjedési sebessége közötti sztochasztikus kapcsolat [2]

b) Középgörbe szerkesztése csoportátlagok alapján

Az egyik (pl. x) változó szerint az eredményeket egyenlő szakaszokra osztják. Minden szakaszban külön meghatározzák a méréseredménye-ket x és y változó szerinti csoportátlagát. Az így kapott pontok össze-kötésével kapott görbe jó közelítése az összefüggést kifejező görbének, (2.8. ábra).




2.8. ábra. Középgörbe illesztése csoport átlagokra (ultrahangos

betonszilárdság vizsgálat) [2]

2.6.4. A lineáris regresszió A regresszió számítás lehetővé teszi, hogy (xi, yi) pontokon át regressziós görbét, elsősorban regressziós egyenest fektethessünk. Erre legalkalma-sabb a legkisebb négyzetek módszere, amely szerint az a függvény adja a mérési eredmények legmegbízhatóbb közelítését, amelyre vonatkozóan a függvénytől való eltérések (hiba) négyzetösszege minimum. A regressziós egyenes számítását elvi példában mutatjuk meg. Ábrázoljuk X-Y koordinátarendszerben az xi-yi mérési eredményeket. Fel-tételezésünk szerint ezek jól közelíthetők az

bxaY i +⋅=

egyenessel. Az így előállított regressziós egyenes a hibákat az Y-tengely irányában minimalizálja. Az eltérés az i-edik érték esetében




bxyyYyε iiii −⋅−=−=

Az eltérések négyzetösszege

∑∑==

−⋅−=n

1i

2ii

n

1i

2i b/xa/yε

A minimumfeltétel teljesül, ha

∑∑

=

= =⋅−⋅−−=n

1iiii

n

1i

2

0xb/xa/y2θa

εθ

∑∑

=

= =⋅−⋅−−=n

1iiii

n

1i

2

0xb/xa/y2θb

εθ

A megoldás

x

y

20

11

as

rmma ⋅== regressziós együttható

xayb ⋅−=

A képletekben

n

xx

n

1ii∑

==

n

yy

n

1ii∑

== átlagértékek

∑=

−⋅−=n

1iii11 y//yx//xm

∑=

=−=n

1i

2x

2i20 sx//xm




∑=

=−=n

1i

2y

2i02 sy//ym szórásnégyzetek

XY

11

0220

11

ssm

mmm

r =⋅

=

Akkor mondjuk, hogy két valószínűségi változó (pl. kockaszilárdság és víz-cementtényező) egymással korrelál, ha valamilyen módon függnek egymástól. A korreláltság mértékét fejezi ki az r korrelációs együttható. Értéke ± 1 közötti. r = 0 esetén az x-y érték párok egymástól függetlenek, a pontokat nem lehet egyenessel megközelíteni, r = ± 1 esetén köztük a függőség teljes, a pontok egy egyenesbe esnek. Az r2/100 kifejezés azt juttatja kifejezésre, hogy Y változását milyen mér-tékben okozza X változása. Ha a függvény nem lineáris, akkor is használható fenti függvénykeverési mód, ha a függvény linearizálható.

Pl. bxay −=

összefüggés linearizált alakja x1r = helyettesítéssel

bray −⋅=

Pl: xbay = függvény linearizálható úgy, hogy képezzük a logaritmusát

lg y = lg a – x lg b

A linearizált függvény alakot

Y= lg y

A = lg b

B = lg a helyettesítéssel kaphatjuk

Y = B - Ax

A regresszió




Vannak esetek, amikor a lineáris regresszió számítás már pontatlan, ilyen-kor a nem lineáris regressziós számításhoz folyamodunk. Nem lineáris regresszióra példaként a másodfokú parabolát említjük meg

Y = a + bx + cx2

A számítás a hibanégyzetek minimalizálása elve alapján a fentiek szerint végezhető el.

2.7. Az építőanyagok minősítése

2.7.1. A mintavétel általános szabályai A minősítés célja a minőség ellenőrzése. A minőség az alkalmasság mérté-ke, amellyel valamely termék képes megfelelni használati céljának. A minő-sítés alapja a vizsgálat. Természetesen nem vizsgálhatunk meg minden terméket, ezért próbavé-telre van szükség. Az ellenőrzésre kerülő darabok összességét alapsoka-ságnak (halmaztermék) nevezzük. A terméknek (alapsokaságnak) vala-mely szabvány vagy más megállapodás alapján meghatározott nagyságú, minősítésre bocsátott mennyisége a tétel. A folyamatosan gyártott vagy tételekben minősítésre bocsátott termékeknek a vizsgálat céljára elkülöní-tett része, amelynek a vizsgálata alapján a tételt minősítik, a próba vagy minta. A mintavétel során az alábbi szabályokat kell betartani.

a) A tételt egyértelműen kell definiálni (pl. 200000 db tömör égetett agyag-tégla, 50 m3 beton, 60t acél, stb.), de mintát kell venni, ha az alap-anyagok, vagy a gyártás körülményei megváltoznak. Építőanyagok mi-nősítéséhez a tétel nagyságát (elemszámát, stb.) szabványok írják elő.

b) A tételből a mintát általában véletlen jellegűen kell venni, ami azt jelenti, hogy a tétel minden egyes darabjának egyenlő esélye van a bekerülésre. Pl. állandó minőség feltételezése esetén a mintát meghatározott idő-pontokban veszik, vagy minden n-edik legyártott darabot tekintik min-tának, vagy a legyártott tételből a véletlen számok táblázata alapján ve-szik a mintát.

c) A mintának elegendő nagynak kell lenni, úgyhogy a középérték és a szórás bizonyos valószínűséggel meghatározható legyen. Ha a tétel tel-jesen ismeretlen, akkor 30-50 elemes mintavétel a célszerű. Ha a gyár-tási folyamatból ismert a szórás, akkor a 10 elemes minta is megbízha-tó a minősítéshez.




A minta megbízhatósága nem attól függ, hogy a tétel hányadrészét tekin-tettük mintának, hanem a minták elemszámától függ. Pl. 40 db-os mintá-val éppúgy lehet minősíteni 1000 db-os tételt. Döntő a mintavétel véletlen jellege. Nagy tételek vizsgálata során azonban érdemes nagyobb elemes mintát venni, mivel a tétel árához képest úgyis kicsi a vizsgálati költség. Végül is gazdaságossági kérdések szabják meg a minta elemszámának a felső határát.

2.7.2. Az átvételi eljárás, a mintavételi jegyzőkönyv Az építés helyén végzett tájékoztató vizsgálatról, akár szabványos, akár pedig közelítő jellegű, mindig jegyzőkönyv készítendő, amelyben a vizsgá-lat minden mozzanatát fel kell jegyezni. A tájékoztató jellegű vizsgálatok-ról készült jegyzőkönyvnek tartalmaznia kell: a vizsgáló helyszíni laboratórium megnevezését és telephelyét, a vizsgáló - - nevét; - a vizsgálat célját; - a próba mennyiségét, az elemek jelét, a próbavétel körülményeit a pró-bavételi jegyzőkönyv alapján; - az azonosításhoz szükséges adatokat, a tétel megnevezését, mennyiségét; - a vizsgálati módszert, az előírás megnevezését; - a vizsgálat során megállapított mérőszámokat és megfigyelt eseményeket; - a vizsgálattal összefüggő minden egyéb észrevételt. A helyszíni vizsgálat az átvételi eljárásnak egyik fontos része. Az átvételi eljárás során a következőket ellenőrzik:

• fajilag megfelel-e a kapott termék a megrendelt és a szállítólevélen sze-replő termékféleségnek;

• a tétel mennyisége megfelel-e a rendelt és a szállítólevélen feltüntetett-nek;

• a tétel minősége megfelel-e a rendelt és a szállítólevélen feltüntetett, vagy minőségi jellel, illetve minőségi bizonyítvánnyal igazolt minőség-nek.

Ha mindezek teljesülnek, akkor a terméket átveszik. A termék átvettnek tekinthető akkor is, ha 8 napon belül kifogásolás nem történik. A kifogá-solásról kifogásolási jegyzőkönyvet kell készíteni, amelyik a következőket tartalmazza:

• a felvétel helyét és időpontját;




• a jelenlevők nevét, hatáskörét (átadó-átvevő); • a szállító és átvevő megnevezését, szállítólevél számát, keltét; • a szállítmány érkezési időpontját, a termék tárolási, őrzési módját; • a termék megnevezését, bruttó, nettó súlyát, illetve mennyiségét; • a csomagolás állapotának leírását, telítettségi fokát; • annak feltüntetését, hogy a csomagolási jelzés megfelelő-e; • a termék minőségi hibájának pontos leírását, a feltehető előidéző oko-

kat, a felmerült kár mértékét és az átvevő nyilatkozatát arról, hogy mi-lyen igényeket kíván érvényesíteni, és végül

• az átvevő és a szállító közötti esetleges egyéb megállapodásokat.

Ha a helyszínen nem tudnak megegyezni a minőség tekintetében, akkor közösen vesznek próbát, és a próbát vizsgáló intézetbe küldik be hitelesí-tő, minősítő vizsgálat elvégzése céljából. A próbát a próbavételi jegyzőkönyv teszi hitelessé, amelynek az alábbiakat kell tartalmaznia:

• a jegyzőkönyv felvételének időpontját és helyét; • a próbavétel helyét és időpontját; • a jelenlevők nevét és beosztását; • a próbavevők nevét és beosztását; • a tétel pontos megnevezését és mennyiségét; • a tétel érkezésének időpontját, a fuvarlevél, vagy szállítólevél keltét és

számát; • a szállítás, csomagolás, tárolás és őrzés módját; • a szállító és megrendelő vállalat nevét; • a próbavétel módját, a kiválasztott elemek számát; • a próbavételkor talált selejtes vagy törött elemek számát; • a próbákra tett pecsétet vagy jelet; • a próba csomagolási módját; • azoknak a vizsgálatoknak a megnevezését, amelyekhez a próbát vették.

A próbatesteket vagy a próba anyagát tartalmazó edényeket úgy kell meg-jelölni, hogy a jelölések alapján a próba elemei a próbavételi jegyzőkönyv-vel, ill. központi laboratóriumi vizsgálat esetén a megbízólevéllel is egyér-telműen azonosíthatók legyenek. A jelölés tartós, nehezen eltávolítható legyen, de ügyelni kell arra, hogy ne akadályozza a vizsgálatot, vagy ne változtassa meg a vizsgálandó próbatest tulajdonságait.




A próbákat úgy kell tárolni, és szállítás esetén úgy kell csomagolni, hogy tulajdonságaik lehetőleg ne változzanak meg. Különösen fontos, hogy a vizsgált tulajdonság szempontjából ne szenvedjenek semmilyen változást. Szilárdsági vizsgálatra küldött próbatestet például úgy kell csomagolni (pl. fűrészpor és faforgács közé), hogy a szállítás folyamán ne repedjen meg, ne csorbuljon ki. A víztartalom vizsgálatára szánt próbatesteket vagy anya-gokat alakjukhoz, ill. mennyiségükhöz alkalmazkodó edénybe kell tenni úgy, hogy az edény belsejét az anyag minél jobban kitöltse, s az edényt légmentesen le kell zárni. Szemcsemegoszlás vizsgálat céljára vett próbák esetében, amikor a frakciókra bontott anyagot szállítanak ugyanolyan lá-dában, különösen ügyelni kell arra, hogy a különböző frakciókhoz tartozó anyagrészek ne keveredjenek össze. A hitelesítő, minősítő vizsgálatról bizonyítványt kell kiállítani (jegyző-könyv), amelynek tartalmaznia kell a mintákkal együtt beküldött próbavé-teli jegyzőkönyv adatait, a vizsgálat alapjául szolgáló szabvány számát, a vizsgálat időpontját és eredményét, és a vizsgálattal kapcsolatos szükséges megjegyzéseket.

2.7.3. A vizsgálati eredmények értékelése A minta több elemből áll és ugyanannyi eredmény áll rendelkezésünkre, amennyit megvizsgáltunk. Az eredmények értékelése során választjuk ki azt a mérőszámot, amely majd a minősítés alapjául szolgál. Ezt minősítési értéknek nevezik Az értékelés módja többféle lehet, rendszerint valamelyik matematikai statisztikai jellemző felhasználásával:

- egyetlen megállapítás-, - átlag-, - legnagyobb vagy legkisebb egyedi vizsgálati eredmény-, - átlag- és legkisebb egyedi érték-, - átlag és terjedelem-, - átlag és szórás-, ill. - küszöbérték alapján.

a) Értékelés egyetlen megállapítás alapján Egyszerűbb esetekben az értékelés elvégezhető egyetlen megállapítás alapján. Pl. a cement térfogatállandó, ha a térfogat-állandósági vizsgálat során készített próbatestek egyike sem repedt meg.

b) Értékelés az átlag alapján Gyakran adja az átlag a minősítés alapjául szolgáló mérőszámot. Pl. bi-tumenes papírlemez szakítóerő vizsgálata során a 10 db szakítási ered-




mény átlaga alapján kell a minősítést elvégezni, pl. beton vízzárósági vizsgálata során a minősítő érték meghatározásának alapja a számtani közép.

c) Értékelés a legnagyobb vagy a legkisebb egyedi vizsgálati eredmény alapján, például

• a tégla vízfelvevő képességét 4 db téglán kell meghatározni. A mi-nősítő értéket a legnagyobb vízfelvétel adja.

• a tégla fagyállóság-vizsgálata során a vizsgált 4 db tégla közül azt kell mértékadónak tekinteni, amely a legkevésbé fagyálló.

• tégla mész és márgazárványok okozta károsodása vizsgálata során a vizsgált téglák minősítési értéke a legnagyobb mértékű lepattogzás.

• a beton kopásállósági vizsgálata során a minősítő érték a legjobban lekopott minta kopásának a mértéke.

d) Értékelés az átlag és a legkisebb egyedi érték alapján. Az égetett agyagtégla szilárdsága az átlag és a legkisebb egyedi érték alapján minősíthető.

e) Értékelés az átlag és a terjedelem alapján. Erre a legjellemzőbb példa a mérettűrés megadása. Pl. tömör tégla mé-reti:65±5 mm; 120±5 mm és 250±10 mm.

f) Értékelés az átlag és a szórás alapján. Pl. mozaiklap esetében a hajlítószilárdság vizsgálata során a minősítő értéket az átlag és az egyszeres szórással csökkentett átlag szolgáltatja. Ebbe a csoportba sorolható az az eset, amikor a minősítési értéket a variációs tényező segítségével határozzák meg. Ez akkor jó, ha a szórás nő a szilárdsággal. Beton esetében az nem áll fenn.

g) Értékelés a küszöbérték alapján

Méretezési szabványaink és a termékszabványaink is a szilárdságok minősítési értékének általában a küszöbértéket tekintik. Az építőipari minőségellenőrzésre vonatkozó ajánlások a 2,28%-os előfordulási gya-korisághoz tartozó küszöbértéket javasolják minősítési értékként. Ezt a küszöbértéket normális eloszlás esetén

x0,0228 = x – 2 s

képlettel számítható, azaz a minősítő érték a kétszeres a szórással csökkentett átlagérték. Természetesen az a körülmény, hogy a küszöb-értékek milyen előfordulási gyakoriságúra választják, az a vállalt kocká-




zattól függ. Ha a vállalt kockázat nem 2,28%-os, hanem csak 0,135%-os, akkor a küszöbérték

x0,00135 = x – 3 s

képletből számítható. Persze a kockázatvállalás lehet nagyobb is alá-rendeltebb jelentőségű szerkezeti elemek esetében.

Az előzőekből látható, hogy a tétel minősítési értékét csak bizonyos való-színűséggel becsülhetjük meg. Kedvezőbb a helyzet, ha a szórás a gyártási folyamat során ismertnek tételezhető fel, ez esetben csak a középértéket kell a mintából meghatározni. Ha a vizsgálat során a szórást is és a közép-értéket is meg kell határozni, akkor a tévedés valószínűségének a csökken-tése érdekében a küszöbértéket az

xmin = x – t s

képlet alapján számítják, ahol t a Student-eloszlás alapján meghatározott tényező és értéke a következőtől függ:

• hány darab a minta? • milyen előfordulási gyakorisággal határozzák meg a minősítési értéket; • milyen valószínűséggel óhajtják kizárni annak a veszélyét, hogy tévesen

ítélik meg a tétel minőségét a véletlenszerű mintavétel során.

A minta elemszámának a növelésével csökken t értéke és x0,0228 esetében 2-vel egyezik meg, ami a normális eloszlásnak felel meg. Ha a minta nagy-számú elemből áll, a szilárdság sűrűségfüggvényének a ferdeséget is figye-lembe vehető, t értéke 2-nél kisebb is lehet. A küszöbszilárdság alapján végrehajtott minősítés során eltérő eredményt kapunk akkor, ha egy keverékből vett 20 db kockával minősítünk egy té-telt vagy 20 keverékből veszünk egy-egy mintát. Előbbi vizsgálat fölösle-ges részletességgel tájékoztat arról az egy keverékről, de nem tájékoztat a napi termelésről. Hasonló eset, ha megépített útburkolatból km-ként 6 hengermintát kell kifúrni. Ekkor helyesebb az egy helyről vett 6 minta helyett, az egyenlő távolságból (pl. 150 m-ként) vett 6 db egyes minta. A 2.5. ábrából is jól látható, hogy ugyanazt a küszöbértéket különféle át-lagértékkel lehet elérni. Azt, hogy előírt küszöbszilárdsági betont milyen átlagszilárdsággal érnek el, az a szilárdság szórásától függ. A küszöbszi-




lárdságok előírása a beton készítőjét érdekeltté teszi abban, hogy megfelelő intézkedésekkel csökkentsék a szilárdság szórását.

2.8. Mintapélda

2.8.1. Leíró statisztika példa: a feladat kisméretű tömör égetett agyagtéglák nyomószilárdság vizsgálata a leíró statisztika módszereivel. A tétel egy gyári szállítmányból kivett 470 db tégla (próbatest). Ezek törési eredménye a minta, amelyet nagyság sze-rint sorba állítva nyerjük a rendezett mintát. A nagy mintaszám könnyebb kezelhetősége érdekében osztályba soroljuk a rendezett mintát. Végezetül táblázatos formában kiszámítjuk a sűrűség-(ill. gyakoriság-) és az eloszlás-diagramokat, (2.1. táblázat), (2.9.-2.10. ábra).




2.1. táblázat.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Sor-s

zám

Szilárdság-határok N/mm2

Sza-kasz-közép N/mm2 xi

E-lem-számni

Relatív gyako-riság pi

Relatív gyakoriság összege Fi=Σpi

ti niti niti2

1 5,0-7,0 6,0 4 0,008 0,008 -6 -24 144 2 7,0-9,0 8,0 0 0,000 0,008 -5 0 0 3 9,0-11,0 10,0 7 0,015 0,023 -4 -28 112 4 11,0-13,0 12,0 24 0,051 0,074 -3 -72 216 5 13,0-15,0 14,0 54 0,116 0,190 -2 -108 216 6 15,0-17,0 16,0 53 0,113 0,303 -1 -53 53 7 17,0-19,0 18,0 73 0,156 0,459 0 0 Σ(-) = -285 8 19,0-21,0 20,0 67 0,143 0,602 1 67 67 9 21,0-23,0 22,0 63 0,134 0,736 2 126 252 10 23,0-25,0 24,0 51 0,108 0,844 3 153 459 11 25,0-27,0 26,0 38 0,080 0,924 4 152 608 12 27,0-29,0 28,0 21 0,045 0,969 5 105 525 13 29,0-31,0 30,0 9 0,019 0,988 6 54 324 14 31,0-33,0 32,0 2 0,004 0,992 7 14 98 15 33,0-35,0 34,0 2 0,004 0,996 8 16 128 16 35,0-37,0 36,0 0 0,000 0,996 9 0 0 17 37,0-39,0 38,0 2 0,004 1,000 10 20 200 Σ n = Σni =470 Σpi = 1,000 Σ(+) = 707 3402

A nagyszámú mintát osztályokba soroljuk. A célszerűen alkalmazható szakaszok számának meghatározására n (a minta darabszáma) ismeretében többféle módszer ismeretes, pl.:

22nk ≈= vagy 16n2k 3 ≈⋅=




Jelen példában ez utóbbit választottuk, n=16+1=17 osztály mellett dön-töttünk, mert így 2 N/mm2-ként osztályba tudtuk sorolni a rendezett (sorba rakott) mintát, és fel tudtuk rakni a gyakorisági- (2.9. ábra), és az eloszlási hisztogramot (2.10. ábra).

2.9. ábra. Sűrűség diagram [4]

2.10. ábra. Eloszlás diagram [4]

Kiértékelés: A legkisebb törési érték 5 N/mm2 volt és 38 N/mm2-nél nagyobb törési értéket nem tapasztaltunk. A terjedelem (R) számítása: R=/Rmax-Rmin/=38-6=32 N/mm2 A szakasz terjedelmét így 6 N/mm2-től – 38 N/mm2-ig 2,0 N/mm2-es lépcsőkben határozzuk meg, lásd a táblázat 2. oszlopát.




A szakasz átlagszilárdsága ∑=

=n

1iix

n1x a táblázat 3. oszlopában látható.

Osztálygyakoriság (ni) egy-egy osztályban található elemek száma, a táblá-zat 4. oszlopában látható. A módusz (M0) a táblázat 3. és 4. oszlopából nyerhető. A legnagyobb min-taszámhoz (73 db) tartozó szilárdsági érték: Mo ⇒ 18 N/mm2; A relatív gyakoriság (pi) ahol pi= ni /Σn) a táblázat 5. oszlopában számí-tottuk ki. A relatív gyakoriságok összege (Fi= Σ pi) a táblázat 6. oszlopában látható. Az esetlegességi változó a módusz felhasználásával:

(xí) =(M0)+2ti

ahol a ti az egyes osztályok M0-tól való relatív távolsága. A ti értékei a táblázat 7. oszlopában láthatók. Az ni x ti szorzatértékek a középértékek számításához a 8. oszlopban látha-tók. Az ni x t2

i szorzatértékek a szórás számításához a 9. oszlopban láthatók. A táblázati értékek alapján az átlag, a szórásnégyzet és a szórás az alábbiak szerint számíthatók: A számtani közép számítása:

898,0)707285(47011

=+−== ∑ ii tnn

t

8,19898,02180 =⋅+=⋅+= taxx N/mm2

A szórásnégyzet és a szórás kiszámítása:

432,6))898,0(3402(47011 2222 =−=−= ∑ ttn

ns ii

536,2432,6 ==s

07,5536,22 =⋅=xs N/mm2

A matematikai statisztikában lehetséges négyzetes középeltérés kiigazítást –amely abból származik, hogy a szakaszok középértékéhez és nem a sza-kaszok súlypontjához rendeltük a másodrendű nyomatékok számítását –elhanyagoljuk.




Jelen esetben a vizsgált minta x=19,8 N/mm2 középértékéből és a σ = ±5,07 N/mm2-es szórásából megállapítható, hogy 19,8±5,07 = 14,73-24,78 N/mm2 között kell lenni a téglák szilárdságának. Az építőanyag vizsgálatok szempontjából a legfontosabb valószínűségi eloszlás a Gauss-féle, ill. más néven a normál eloszlás. A normál eloszlás előző feladatra való ráillesztésével (lásd 2.9. ábrát), meg lehet határozni pl. hogy mekkora annak a valószínűsége, hogy egy minta átlagszilárdsága 5,0 N/mm2 alá, ill. 25,0 N/mm2 fölé esik. A választ konkrét példán adjuk meg:

2.8.2. Példa: Egy téglagyár évtizedek alatt több tíz- vagy százezer téglán végzett nyo-mószilárdsági kísérleteket. Ezen vizsgálatok alapján kiszámították a tégla-szilárdság várható értékét (μ = 18 N/mm2) és szórását (σ = 6 N/mm2). A jelenleg vizsgált szállítmánynak is meghatározható az átlagszilárdsága (x). Ezen adatok birtokában a normális eloszlás un. „Z” transzformációja se-gítségével lehet válaszolni a fenti kérdésre. Mivel a függvény alatti terület-tel arányos egy esemény bekövetkezésének valószínűsége, csak a megfelelő területeket kell meghatározni A téglagyári téglák szilárdságának várható értéke (μ = 18 N/mm2) és szó-rása: σ = 5 N/mm2. Egy mintavétel során nyert átlagérték x = 20 N/mm2. Kérdés, hogy mek-kora annak a valószínűsége, hogy a mintavétel során a minta átlagszilárd-sága a fentiekben kiszámított 5 N/mm2 alá vagy 25 N/mm2 fölé essen, (2.11. ábra)

2.11. ábra. Normális- és standard normális eloszlás

Z1 = x1 - μ / σ = (5 - 18) / 5= -13 / 5= -2,6 ⇒ 0,0047 ⇒ 0,5%




Z2 = x2 - μ / σ = (25 - 18) / 5= 7 / 5 = 1,40 ⇒ 1,000 - 0,919 = 0,081 ⇒ 8,1% A Z értékekhez a valószínűséget a standart normális eloszlás sűrűségfügg-vénye alatti területek adják, lásd a függeléket. (A gyakorlatban a szilárdság-vizsgálatoknál csak az alsó küszöböt vizsgálják.) A műszaki gyakorlat 5%-os szignifikancia szinttel dolgozik, azaz 95%-os biztonsággal, ill. un. 5%-os alulmaradási küszöbbel.

Építőanyagok II. A portlandcement klinker kémiai, ásványi összetétele és szilárdulási mechanizmusa



3. A portlandcement klinker kémiai, ásványi összetétele és szilárdulási mechanizmusa

3.1. A kémiai összetétel és a cement-modulusok A portlandcementek tulajdonságait a klinker kémiai összetétele döntően befolyásolja. A jó minőségű portlandcement-klinkerben a klinkeralkotó oxidok mennyisége az alábbi:

• CaO 60-67 tömeg % • SiO2 19-24 tömeg % • Al2O3 2-8 tömeg % • Fe2O3 2-6 tömeg % • MgO 1-5 tömeg % • szabad CaO 0-4 tömeg % • egyéb alkotók (Na2O, K2O, TiO2, SO3 stb.) 0-3 tömeg %

A nyersanyagok, a portlandcementklinker és a portlandcementek összeté-telének a jellemzésére az iparban az úgynevezett cementmodulusokat ve-zették be. Ezek a hidraulikus-, a szilikát- és az aluminát modulus. Hidraulikus modulus:

%OFe%OAl%SiO%0,7SOCaO%

HM32322

3

++−

=

értéke közönséges portlandcement esetén 1,7 és 2,3 között változik. A cement minősége javul a hidraulikus modulus növelésével, azonban felső határának növelését a térfogat-állandóság korlátozza, ugyanis 68% kalci-umoxid-tartalom felett a cement nem lesz térfogatállandó; Szilikát modulus:

%OFeOAlSiO2%SM

3232 +=

értéke 1,6 és 3,2 között változik. Minél kisebb, annál könnyebben képző-dik klinker az égetés során;




Aluminát modulus

%OFe%OAl

AM32

32=

értéke 0,6 és 2,5 között változhat. Speciális cementeknél ennél nagyobb is lehet. Határértékként szerepel a 0,64 érték, ugyanis az aluminiumoxid és a vasoxid 1:1 molekuláris aránya esetén, ami 0,64 tömegaránynak (AM=0,64) felel meg, a klinkerképződés során nem keletkezik trikalcium-aluminát, és így szulfátálló cementtípus alakul ki. Hazánkban a HM helyett a CaO mennyiségnek beállítására a telítettségi tényezőt (TT) alkalmazzák. Ennek előnye az, hogy a klinkerásványok ösz-szetételéből számított molekulaviszonyokat veszi figyelembe. Ugyanis a klinker akkor lesz legjobb minőségű, ha a benne levő savas oxi-dok a lehető legbázikusabb vegyületekben vannak jelen, tehát a klinker mésszel teljesen telítve van. A TT kiszámításakor különbséget kell tenni aközött, hogy az AM kisebb vagy nagyobb 0,64-nél. Ha AM > 0,64-nél, akkor:

2

33232

2,8SiO0,7SOO0,35FeO1,65AlszabadCaOCaO

TT−−−−

= .

Ha az AM < 0,64-nél, akkor az alábbi képletet kell alkalmazni:

2

33232

2,8SiO0,7SOO0,7FeO1,1AlszabadCaOCaO

TT−−−−

=

3.2. Ásványi összetétel Mikroszkópi vizsgálattal a portlandcement-klinkerben négy fő fázis kü-lönböztethető meg. Ezekhez mellékfázisok is csatlakoznak. A négy fő fázist klinkerásványnak nevezzük. A portlandcement legfontosabb klinkerásványait alitnek, belitnek, felitnek és celitnek nevezték el. Ezt az elnevezést azóta is megtartották. A négy fő klinkerásvány a következő:

Alitnek nevezik a klinkerben hatszögű kristálykák alakjában előforduló C3S-t, ami a 3CaO×SiO2 rövidítése. Ez azonban sohasem tiszta C3S, ha-nem kevés Al3+ és Mg2+, esetleg vas-ionokat is tartalmaz szilárd oldatban. A trikalcium-szilikát 1250-2070 °C közötti hőmérséklettartományban sta-bil. Ha a klinkert lassan hűtik le, βC2S-re és CaO-ra esik szét. Gyors lehű-




lés esetén megmarad metastabil állapotban, mert bomlási sebessége 1100 °C körüli tartományban már gyakorlatilag nullára csökken. Az alit a leg-fontosabb klinkerásvány, mivel ez biztosítja a nagy kezdőszilárdságot és a nagy kötési hőt. A cementben részaránya 37-60 tömeg %.

A belit (C2S) a klinkerben kerekded kristályoknak látszó dikalcium-szilikát (2CaO×SiO2), amely kis mennyiségben szintén tartalmaz különbö-ző ionokat (Mg2+, Fe2+, K+, Al3+). Négy módosulatban fordul elő, amelyek közül a legfontosabb a βC2S módosulat, amely kezdeti lassú szilárdulást, kedvező utószilárdulást, kicsi hidratációs hőt okoz. A húzószilárdságot kedvezően befolyásolja. Mennyisége 15-37 tömeg %.

A trikalciumaluminát (felit) (3CaO×Al2O3, rövidített jele C3A) a klinkerásványok közül a leggyorsabban köt és a legtöbb hőt fejleszti. Ezt a túlzottan gyors kötést lassítják a portlandcementhez őrölt gipszkővel. Könnyen alkot elegykristályokat, főként Al+-ionnal. Mennyisége a ce-mentben 7-15%. Azok a cementek, amelyekből a C3A-tartalom hiányzik, a szulfátálló cementek.

A tetrakalcium-aluminát-ferrit, (celit) 4CaO×Al2×Fe2O3, rövidítve C4AF, neve celit) tulajdonképpen a C2F-től a C6A2F összetételig egybefog-ja a hézagnélküli elegykristálysor tagjait. Ezek nem mindig kristályosodnak ki. A klinkerásványok közül ezeknek a hidratált termékei a legkisebb szi-lárdságúak. Lassan kötő, szulfátellenállása kedvező.

A klinkeráványok között megfigyelhető még egy üvegfázis is, amelynek az összetétele nagyon változó és attól függ, hogy milyen alkotórészek kris-tályosodtak ki lehűlés közben.

3.3. A szilárdulás mechanizmusa A kötés és szilárdulás azonos jellegű, egymásba átmenő folyamat. A víz hatására ugyanis az égetés folyamán keletkező klinkerásványok (kalcium-szilikátok, kalciumaluminátok stb.) szilánkosodnak, felhasadnak és a vizet kalcium-hidroszlikátok, ill. kalcium-hidroaluminátok alakjában megkötik. A hidratáció során először telített vagy túltelített kolloidális oldat keletke-zik, majd a cementszemcsék felületén vékony kocsonyaszerű anyag, un. gél réteg jön létre, amelyből idővel (éveken át) kristályok válnak ki.

A cementpép e folyamat hatására először megdermed, majd fokozato-san kőszerűvé válik, aminek cementkő a neve. A hidratáció termodinami-kai magyarázata az, hogy a szobahőmérséklete metastabil állapotú klinkerásványok vízzel egyesülve stabil hidrátvegyületekké alakulnak át.




A klinkerőrlemény a vízzel érintkezve igen gyorsan megköt, ami a C3A igen gyors hidratációjának következménye. Ebben az esetben a következő hidrátok keletkeznek (H2O jele H; Ca(OH)2 jele CH; (CaSO4 jele Cs)

1341233 AHCHCHAC12HCHAC =××=++

ill. ritkábban

633 AHC6HAC =+

A gyorskötés megakadályozására adagolt gipsszel a következő hidrátok keletkeznek:

32333 HCsAC32H3CsAC ××=++

aminek a neve triszulfát vagy ettringit és ha kevesebb gipsz áll rendel-kezésre, akkor

1233 HCsAC12HCsAC ××=++ keletkezik,

amit monoszulfátnak neveznek. Mindkettőnek kicsi a szilárdsága. Mégis kedvezőbb a monoszulfát, mert a triszulfát laza, tűszerű kristályokat alkot. Ez a reakció már a dermedés idején lejátszódik. A triszulfát nem stabil, szárítás vagy száradás hatására monoszulfáttá alakul át. A triszulfát-monoszulfát átalakulása reverzibilis folyamat.

A vízzel az alit is viszonylag gyorsan reakcióba lép. a trikalcium-szilikátba beépülő MgO és Al2O3 szennyezések a kristályrácsot lazítják (ekkor nevezzük a trikalcium-szilikátot alitnak) és ezért ennek gyorsabb a hidratációja. A végbemenő reakció

33233 (CH)HSC6HS2C +=+

A C3S2H3 kristályok a cementkő, ill. a betonszilárdság hordozói. A megszi-lárdult cementben 20-30 ezerszeres nagyságban elektronmikroszkópban jól kimutathatók a réteges felépítésű, tű- és lécalakú kristályok, amelyekben a rétegek közé vízmolekulák települhetnek be. E hidrátok fajlagos felülete kb. ezerszerese a C3S-ének, tehát ez esetben tömegvonzási erők is közre-működnek. Az alit szilárdulása során nagymennyiségű kalciumhidroxid is keletkezik, amely hatszöges kristályban van jelen. Ez egy 12-14 pH-jú lú-gos környezetet biztosít, amely egyik feltétele a vasbeton szerkezetben lévő acél korrózió elleni védelmének. A beton felületén azonban ez a kal-cium-hidroxid CaCO3-má alakul át, amely 7 pH-jú. Ez az acél védelméhez




kevés. Az acélbetétet olyan mélyen kell elhelyezni a betonban, hogy annak a belsejében a karbonátosodási folyamat ne menjen végbe. Ezt a szükséges vastagságot betonfedésnek nevezik. Minimális vastagsága 10 mm. Függ természetesen a beton porozitásától és egyéb körülményektől is. A kalci-um-hidroxid vízben könnyen kioldódik a betonból. Aktív kovasavval (a hidraulitok fő alkotója) ugyancsak kalcium-hidro-szilikátot alkot és növeli a szilárdságot.

A C2S-ből hasonló hidrátok keleteznek, de sokkal kevesebb mész sza-badul fel, az sem kristályos.

CHHSC4HS2C 3232 +=+

A klinkerásványok szilárdulási folyamatát a 3.1. ábra szemlélteti.

3.1. ábra. A klinkerásványok szilárdságának időbeni alakulása

A hidratáció sebessége, azaz a cementszilárdulás időbeni alakulása a kö-vetkezőkkel befolyásolható az alábbi módon:

Befolyásoló tényező Gyorsít Lassít a) szemcseméret finomőrlés durvaőrlés b) tárolótér hőmérséklete hőérlelés hűtés c) kémiai adalékszerek CaCl2 borax AlCl3 dextrin Na2CO3 cukor citromsav

A cementszemcse méretének a hatása azzal magyarázható, hogy a hid-ratáció a szemcsék felületén indul meg és a víz lassan diffundál a szemcsék




belseje felé. A szemcseméret szerepe kettős. Egyrészt a kezdeti hidratáció, a cement kezdeti szilárdsága a cement fajlagos felületével arányos, tehát a finomőrlésű cementté nagyobb, másrészt a finomabbra őrölt cementnek nagyobb lesz a végszilárdsága is. Ugyanis a cementszemcsék felületén ki-alakuló hidratált kéregrész meggátolja, hogy a cement belseje is vízhez jusson. Ezáltal a kb. 20 μm-nél nagyobb átmérőjű szemcsék belseje nem vesz részt a szilárdulásban, úgy viselkedik, mintha töltőanyag lenne.

A hőmérséklet hatása úgy érvényesül, mint a vegyi folyamatoknál álta-lában, nevezetesen a meleg gyorsítja, a hideg lassítja a szobahőmérséklet-hez viszonyított szilárdulási folyamatot. A hőmérséklet hatása a Saul-féle képlettel becsülhető

∑ += 10)(TΔtR ii

amelyben R az érettség oka, amely a szilárdságtól függ, Ti a Δti időköz átlaghőmérséklete.

A képlet szerint -10 °C hőmérsékleten az érettség zérus, azaz a szilár-dulás megszűnik. Hazánkban az érettség foka megnevezés helyett az órafokszámot használják. A képletből következik, hogy ugyanazt a ce-mentfajtát használva, azonos órafokszám esetén a cementek, ill. betonok azonos szilárdságúak. A kémiai adalékszerek közül a kötésgyorsítók meg-gyorsítják, a késleltetők lelassítják a kalcium-hidro-szilikátok képződését és vele a szilárdságot. A végső szilárdságra hasonló a hatásuk, mint a hőmér-sékletnek. Nevezetesen a késleltetés révén nő a hosszúrostú szilikát-hidrátok aránya, növekszik a végszilárdság, gyorsítók esetén pedig csök-ken.

Összefoglalóan azt mondhatjuk, hogy mindazok a tényezők, (kezdeti hidegtárolás, kötéskésleltetők) amelyek elősegítik a hosszúrostú kalcium-szilikát-hidrátok keletkezését, növelik a cement (beton) végszilárdságát. Ha pedig a nagy hőmérséklettel (gőzölés) vagy kötésgyorsítókkal a rövidrostú kalcium-szilikát-hidrátok keletkezését segítik elő, meggyorsul ugyan a kez-deti szilárdulás, de csökken a végszilárdság.

Építőanyagok II. Betonkészítés



4. Betonkészítés

4.1. A friss beton Az előző szemeszterben megismerkedtünk a friss betonnal kapcsolatos alapfogalmakkal, mint pl.: betonkeverék, bedolgozott friss beton, keverési arány, víz-cementtényező, bedolgozási tényező, konzisztencia, bedolgoz-hatóság, telítettség, szétosztályozódás és próbakeverés. Fenti jellemzők némelyike kiszámítható, azaz számszerűsíthető jellemzője a friss betonnak.

4.1.1. A bedolgozási tényező vizsgálata A bedolgozási tényezőt a próbakeverés során határozzák meg. Megállapí-tásához a 4.1. ábrán feltüntetett faláda használható.

4.1. ábra. Szabványos mérőláda [1]

A ládába belapátolják a betonhoz használt természetes nedvességtartalmú adalékanyagot ugyanolyan sorrendben, nedvességtartalommal és olyan módon (magasság, stb.), ahogyan a keverőgép térfogatmérő edényét is megtöltik. Majd óvatosan lehúzzák a fölös adalékanyagot. A mérőládában levő adalékanyag tömegéből az adott körülményeknek megfelelő halmaz-sűrűség számítható. Utána ezzel az adalékanyaggal a tervezett betonösszetétellel elkészítik a betont, azt az építmény betonjával lehetőleg azonos technológiával ugyan-ebbe a ládába bedolgozzák, felületét simára egyenesítik, majd több helyen




lemérik a magasságcsökkenést. A bedolgozási tényezőt a keverőláda térfo-gatának (Va) és a bedolgozott beton (Vb) térfogatának a viszonya adja:

b

a

VV

b =

4.1.2. A keverési arány számításának módszerei a cement és a víz-cementtényező ismeretében

A betontervezésből ismertnek tekinthető a cement fajtája és mennyisége

(mc), az adalék fajtája és a frakció %-os tömegaránya, Dmax, és cvx = víz-

cementtényező. Ezek ismeretében a keverési arány többféleképpen számítható.

a) A keverési arány számítása az összetevők sűrűségének ismereté-ben A számítás menete a következő: Kiszámíthatjuk a cement tömör térfogatát (Vtc) és a víz térfogatát (Vv)

c

ctc ρ

mV =

vcvcxcVv =⋅=⋅=

Az adalékanyag testtérfogatát 1 m3 beton térfogat szerinti összetételből számíthatjuk, ha feltételezünk L levegőtérfogatot (0-15 l célszerűen 15 l=1,5 térf %).

L)V(V1000V vtcTa ++−=

Az adalékanyag tömege testsűrűségének (ρTa) ismeretében:

TaTa Vρa ⋅=

Ezután az adalékanyag szemmegoszlási görbéjének, illetve az adalék-anyag-frakciók százalékos megoszlásának ismeretében kiszámítjuk az egyes frakciók tömegét. Ha az adalékfrakciónak a minősége és így test-sűrűsége is eltérő, akkor ezt a számítás során figyelembe kell venni. Az adalékanyag azonban nem száraz, emiatt mind az adalékanyag, mind a víz tényleges adagolása a fent számítottól eltér. A korrekciónál




figyelembe vesszük az adalékanyag tényleges nedvességtartalmát (vn) és vízfelszívását, - melyet a 0,5 órás vízfelvétellel veszünk megegyezőnek – (v0,5), végül a párolgási vízveszteséget (vp). A javított (j) értékek, ha az adalékanyag egyetlen adalékfajtából áll:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −+⋅=

100(%)v(%)v

1aa 0,5nj az adalékanyagra

kjj va)(avv =−−= a keverővízre,

ill. a párolgási veszteséggel javított keverővíz

pkk vvv' +=

vp értékét a megkevert és a bedolgozott friss beton víztartalmának a különbségeként határozhatjuk meg. Fenti számításhoz ismerni kell a cement sűrűségét (ρc) és az adalékanyag testsűrűségét (ρa).

a) cementek sűrűsége: cement fajtája 3.20 g/cm3 (portlandcement) CEM I 32,5

CEM I 42,5 CEM I 32,5 S 3,20 g/cm3 (szulfátálló ce-

ment) CEM I 42,5 S CEM II 42,5 /A-S 3,15 g/cm3 (kohósalak port-

landcement) CEM II 42.5 /B-S 3,10 g/cm3 (pernye- port-landcement)

CEM II 42,5/A-V CEM II 42,5/A-W

3,05 g/cm3 (kohósalak- port-landcement)

CEM II 32,5/A-S CEM II 32.5 /B-S

3,00 g/cm3 (pernye- port-landcement)

CEM II 22,5/A-V CEM II 22,5/B-W

b) adalékanyagok sűrűsége: Folyami homok és kavics 2,60-2,65 g/cm3 Tömött mészkő 2,60-2,80 g/cm3 Bazalt 2,90 g/cm3 Andezit 2,20-2,80 g/cm3




A megtervezett keverőarányt próbakeveréssel mindig ellenőrizni kell. A próbakeveréssel lényegében a bedolgozott beton testsűrűségét el-lenőrizzük, de egyúttal meg kell állapítani, hogy a tervezett keverési arány biztosítja-e a megfelelő bedolgozhatóságot, ill. milyen „k” kon-zisztencia határok között biztosítja, továbbá, hogy a tervezett és a tényleges betonösszetétel mennyire egyezik. A próbakeverés elvégzé-séhez felhasználható bármilyen, merevfalú, ismert térfogatú edény: rendszerint 20 cm élhosszúságú kockasablont használnak. Felhasznál-ható a keverési arány meghatározásához a készítendő vasbetonelem ismert térfogatú mintája is. A próbakeverés során mindig olyan betont kell készíteni, amely az épí-tés során bedolgozandó beton konzisztenciájának felel meg.

b) A keverési arány számítása a friss beton testsűrűségének előzetes megbecslésével A bedolgozott beton testsűrűsége ρTb. Ez egyenlő 1 m3 beton tömegé-vel. Mivel a betontervezésből c és x ismert, az adalékanyag tömege számítható

xccρa Tb ⋅−−= , ahol vxc =⋅ .

Ezt a tömeget osztják el az adalékanyag-frakciók arányában, majd ned-vességtartalom, vízfelszívás, párolgási veszteség miatti korrekciót az előbbi fejezet szerint végzik el. Ezt követi a próbakeverés. Ha az elké-szített beton testsűrűsége eltér a becsült testsűrűségtől, a mért testsű-rűséggel a számítást meg kell ismételni.

c) A keverési arány számítása a bedolgozási tényező felvétele alap-ján Ha a bedolgozási tényezőt becsülik meg, akkor az adagolást a további-akban végezhetik tömeg szerint térfogat szerint. A cementet a térfogat szerinti adagolás esetén is tömegben adagolják.

d) A tényleges keverési arány és betonösszetétel meghatározása A munkaközi (gyártásközi) minőség-ellenőrzés során szükség lehet ar-ra, hogy a megkevert beton keverési arányát, vagy a bedolgozott friss beton összetételét alkotókra való bontással ellenőrizzék. Ezt a vizsgálatot a kötési idő megkezdése előtt (a beton vízzel való érintkezésétől számított 1 órán belül) el kell végezni. Ez lehetséges a keverés befejezésekor, szállítás közben, vagy a bedolgozás után. A vizsgálathoz D ≤ 32mm esetén 3×5 kg, D > 32 mm esetén 3×10 kg tömegű próbát vesznek. Két próbán a vízmennyiséget, a harmadikon a




cementtartalmát és az adalékanyag szemmegoszlását állapítják meg. Ha a friss beton testsűrűségét is meg akarják határozni, akkor legalább egy db 150 vagy 200 mm élhosszúságú kockát is készítenek. A víztartalom vizsgálatát és a próbatest tömörítését a próbavételtől számított 15 percen belül kell elkezdeni. Használható módszer a spiri-tusszal való kiégetés (kiszárítás) is. A mintát kb. 105°C hőmérsékleten tömegállandóságig kiszárítják. A víztartalom (v) a nedves (mn) és a kiszárított (m0) minta ismeretében

0n mmv +=

A víztartalom nedves keverék tömegszázalékában kifejezve

100mv%v

n

⋅=

Ha az 1 m3 betonban levő vízmennyiséget akarják kiszámítani, akkor a betonból 20 cm élhosszúságú kockát készítenek és meghatározzák an-nak tömegét (m200) kg-ban. A bedolgozást ugyanúgy végzik, mint a vizsgált építménynél. Az 1 m3 betonban levő vízmennyiség

v(%)8

10m)v(l/m 2003 ⋅⋅=

A cementmennyiség meghatározásához az (mn) nedves tömegű be-tonmintát folyóvízzel átmossák a 4 mm-es rostán, további 1 és 0,09 mm lyukbőségű szitán. A szitákon és rostán fennmaradt adalékanyagot tömegállandóságig szárítják és lemérik (m0a). Ebből a beton 90 μm-nél kisebb finomszem része:

vmmm 0an0,09 −−=

A v víztartalmat az előző fejezet szerint határozzák meg. Ha az adalék-anyag a cement tömegének 3%-ánál kevesebb, 0,09 mm-nél finomabb részt tartalmaz, akkor közelítőleg az m0,09 = C, azaz a cement tömegé-vel tekinthető egyenértékűnek. Ha az adalékanyag finomrésze 3%-nál több, akkor azt az eredeti ada-lékanyag vizsgálatával meghatározzák. Ezáltal korrigálják a cement tö-megét a következő képlet szerint számítják:

v)100(%)(1mmC 0an −+−=

ϕ




ahol φ(%) az adalékanyagnak 0,09 mm-nél kisebb része. Az 1 m3 beton cementtartama

n20 m

C8

1000mc ⋅⋅= (kg/m3)

A víz-cementtényező ezután v és c ismeretében számítható. 1 m3 betonban levő száraz adalékanyag tömegét a következőképpen számíthatjuk:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +⋅⋅=

100(%)1m

mm

81000a 0a

n

20 ϕ (kg/m3)

Az adalékanyag szemmegoszlását az anyag osztályozó vizsgálatával ha-tározhatjuk meg.

4.1.3. A pórustartalom meghatározása A légpórustartalom meghatározására szolgáló eljárások közül az un. nyo-másmódszer a leggyakoribb. Ez a Boyle-Mariotte törvényen alapszik, amely szerint az ideális gáz p nyomásának és V térfogatának a szorzata állandó hőmérsékleten változatlan marad (p V = constans). Kis elhanyago-lásokkal ezt a törvényt alkalmazhatják a friss betonban levő normális leve-gőre. A vizsgálat során ismert térfogatú edénybe ugyanúgy dolgozzák be a be-tont, mint a készítendő szerkezetbe, (4.2. ábra).

4.2. ábra. Pórustartalom közelítő meghatározása [1]




Az edényt fedéllel lezárják, és a beton és a fedő közötti teret megtöltik vízzel. A fedélen V1 térfogatú nyomókamra van, és azt megtölti p1 nyomá-sú levegővel. A szelep kinyitása után a p1 légnyomás a vízen és a betonon átadódva összenyomja a betonban levő (Vl) levegőt. Ezen közben a levegő összes térfogata V2 = V1 + Vl mértékűre nő, míg a nyomása p2-re csökken. Fentiekből következik, hogy:

2211 VpVp ⋅=⋅ és l12 VVV +=

( )l1211 VVpVp +⋅=⋅

l21211 VpVpVp ⋅+⋅=⋅

( )2

211

2

1211l p

ppVp

VpVpV −=

⋅−⋅=

A légpórustartalom úgy számítható, hogy Vl térfogatot a beton (edény) térfogatára (V = Vb) kell vonatkoztatni.

100VVL

b

l ⋅= (térf.%)

A készülékek mérőórájának számlapját V1, p1 és V ismeretében L%-ra kalibrálják.

4.1.4. A telítettség közelítő meghatározása Meghatározzák az adalékanyag testsűrűségét (ρTa), majd a felületén száraz adalékanyagot bedolgozzák (tömörítéssel) 20 cm élhosszúságú kocka vagy Φ15/30 hengersablonba és meghatározzák a halmazsűrűségét (ρHa).

)ρρ

100(1h(%)Ta

Ha−=

ill.

h(%)10h ⋅= [l/m3]

Ezután kiszámítják az 1m3 betonra eső cement és víztartalmat, amely együtt a tervezett péptérfogatot (Vp) adja.

1,0v

ρcVVV

cvcp +=+= (m3)




Ha a betont légpórusképző adalékszerrel készítik, akkor az így képződött légtartalom a péptérfogatba beszámítandó. Ha vp < h, akkor a friss beton telítetlen és a keverési arányt meg kell vál-toztatni úgy, hogy

1,05 ≥ vp ≥ h

legyen. Ha vp > h, akkor a beton túltelített. A tényleges telítettség erősen függ a beton tömörítési módjától.

4.1.5. A vérzés A vérzés az a jelenség, amely során a friss beton, ill. habarcs megdermedé-se előtt a vizet feladja. Ezzel ugyan látszólag csökken a víz a betonban, és ez a szilárdság szempontjából általában kedvező, de ez csak akkor lesz előnyös, ha a dermedés vége előtt a betont utántömörítik és ez által a ka-pilláris pórusok eltömődnek. A vérzés egyrészt azért káros, mert a víz finom kötőanyag- és adalékanyag-részecskéket visz magával a beton felszínére, és ez a réteg hamar lekopik vagy lefagy (útbeton) és a betonra felhordandó más rétegek rosszabbul tapadnak. Másrészt a víz felemelkedését a nagy kavicsszemcsék és az acél-betétek akadályozzák, ezek alatt un. vízzsákok keletkeznek, amelyek helyén kis üregek maradnak vissza. A vérzés a cement fajtájától, őrlési finomságától, a kötés kezdetétől, a lisztfinomságú részek (cement+0,25 mm alatti homok) mennyiségétől függ. Csökkenteni lehet nagy fajlagos felületű puccolánok adagolásával.

4.1.6. A „zöld” szilárdság A gyors kizsaluzás és a rázkódások hatásának a megítélése szempontjából érdekes lehet a friss betonnak az a „szilárdsága”, amely csak a kohézión és a belső súrlódáson alapszik. Ezt „zöld” szilárdságnak szokás nevezni. Ez a szilárdság 0,35-0,45 v/c és tört adalékanyag esetén 0,2-0,3; kivételesen 0,5N/mm2. A karcsúság hatása nagyobb, mint megszilárdult beton eseté-ben. A henger és a kocka szilárdság aránya csak 0,25 (szilárd beton esetén 0,75), a húzó és nyomószilárdság aránya is kedvezőtlenebb, mint szilárd betonnál.




4.2. A megszilárdult beton szilárdsági vizsgálatai A beton nyomószilárdsága meghatározható törésvizsgálattal, ez az un. „pontos” de roncsolásos vizsgálat, ill. valamilyen közelítő, de roncsolás-mentes vizsgálattal.

4.2.1. A beton roncsolásos nyomószilárdság vizsgálata A törésvizsgálatoknál a beton nyomószilárdsága függ a próbatestek alakjá-tól és méreteitől. Más-más méretű és formájú próbatesten más-más szi-lárdsági értéket kapunk. A szabvány változását követve három féle próba-testen mért szilárdsági értékeket érdemes figyelemmel kísérni. Legrégeb-ben a 200x200 mm élhosszúságú kockán mért átlagszilárdságot, majd a 150 mm átmérőjű és 300 mm magas hengeren és végül ma a 150x150 mm élhosszúságú kockán mért 28 napos küszöbszilárdságot tekintettük, ill. tekintjük a beton nyomószilárdságának. A régi szabvány szerinti betonje-lölésben - pl. B 200- a betűjel a beton testsűrűségét (2000-2500 kg/m3), a szám a beton átlagos nyomószilárdságát jelölte kp/cm2-ben. Ez az SI-rendszerben a 20 N/mm2–re változott. A gyakorlatban a szabvány ma az utóbbi kettőt, azaz a hengeren, és a kis kockán mért nyomószilárdság kü-szöbértékét adja meg, ami egyben a két próbatesten mért eredmény meg-feleltetését is jelenti, pl. C25/30, ahol a 25 a hengeren, a 30 a kis kockán mért küszöbszilárdságot jelöli N/mm2-ben. Meglévő műtárgyak betonszilárdságának ellenőrzéséhez magmintát kell venni fúrással a szerkezetből. A magminta hossza lehetőleg 3d legyen. A minta nyomólapjait cementhabarcs simítással párhuzamossá kell tenni. A próbatestek nedvességtartalma mind az utószilárdulást, mind a nyomó-szilárdságot erősen befolyásolja, ezt a próbatestek tárolásánál figyelemmel kell kísérni.

4.2.2. A beton roncsolásmentes nyomószilárdság vizsgálatai Az utóbbi időben ezek a roncsolásmentes vizsgálatok előtérbe kerülnek egyrészt azért, mert a ténylegesen megépített építmény szilárdságát lehet velük megbecsülni, másrészt pedig azért, mert a roncsolásmentes vizsgála-tok nem teszik tönkre magát a szerkezetet. Több módszer ismeretes, de gyakorlatilag két módszert használunk, ezek

• az akusztikus impulzusok terjedési sebességének mérésén alapuló módszer;

• a beton felületi rétegének keménységmérésén alapuló módszer.




Az elsőhöz a betonoszkópot, a másodikhoz a Schmidt rugóskalapácsot használják. A szilárdságbecslést az teszi lehetővé, hogy a mért fizikai jellemzők és a bteonszilárdság sztochasztikus kapcsolatban vannak. Ez azt jelenti, hogy a két változó nem független, de nem áll fenn közöttük függvényszerű kap-csolat sem, azaz egyik változó értéke nem határozza meg egyértelműen a másik változó értékét, (2.6.1. pont). Ebből származik a roncsolásmentes vizsgálatokkal kapcsolatos nehézségek legnagyobb része. A függvényeket kísérlettel lehet megszerkeszteni. Törővizsgálat előtt igen sokféle összetételű és állapotú beton próbakockát vizsgálnak meg roncsolásmentes módszerekkel is. Az eredményeket diagramban ábrázol-hatjuk (4.3. ábra). A pontmező alapján matematikai módszerekkel hatá-rozhatjuk meg azt a függvényt, amely körül a méréseredmények szóród-nak. Ha megvizsgáljuk az i-edik méréseredményt, azt találjuk, hogy a függvény és a méréseredmény között eltérés van (h1). Valamennyi méréseredmény figyelembevételével meg kell szerkeszteni az eltérések eloszlásfüggvényét (F/h). Ezután felveszünk egy kockázati szintet, például 5%-ot. Meghatározzuk az eltérések azon értékeit (h5), amelyeknél nagyobb eltéréseknek az előfordu-lási valószínűsége 5%, jele: Fh=0,05. Ezt az értéket a középgörbétől lefelé mérve kapjuk az alsó küszöbgörbét.

4.3. ábra. Szilárdságbecslés roncsolásmentes módszerekkel [2]




Egy műtárgy vizsgálata alkalmával általában csak roncsolásmentes mérés végeznek. A mérési eredményekhez a középgörbéről leolvasható a szilárd-ság legvalószínűbb értéke, a küszöbgörbéről pedig az az érték, amelynél kisebbnek az előfordulási valószínűsége 5%. A tapasztalati függvények menetét és a szórásértékeket sok tényező befo-lyásolja. A fontosabbak ezek közül:

• a műszer és a mérési módszer jellemzői, • a beton alkotóinak minősége (adalékanyagfajta, stb.), • a beton összetétele (v/c, péptérfogat, stb.), • a bedolgozás hatékonysága (tömörség, zárványok, stb.), • a szilárdság körülményei (nedves és száraz utókezelés, stb.), • a beton kora, • a beton állapota a vizsgálatkor (víztartalom, stb.).

E tényezők hatásának vizsgálata útján igyekeznek a kutatók a roncsolásmentes vizsgálatok megbízhatóságát növelni. A felületi keménység mérésén alapuló módszerekkel csak a betonfelszín-hez közeli, néhány mm vastag betonréteg tulajdonságait vizsgáljuk. Az eredményeket befolyásolja az a körülmény, hogy a felület gyorsabban szárad, mint a beton belseje, így a cement is másképpen hidratálódik. To-vábbá a felületi rétegekben a mészhidrát kalcium-karbonáttá alakul, ami szilárdságnövekedéssel jár. Végül szerepet játszik a zsaluzat vízáteresztő- és vízszívó képessége, a beton szétkeveredése. Pl. vasbeton födémek alsó oldala mindig keményebb, mint a felső. Kis péptartalmú betonban való-színűleg a cementkőnél nagyobb keménységű adalékanyag keménységét mérik meg. A hang terjedési sebességének mérésén alapuló módszerekkel kapott eredményt befolyásolja a szerkezeti elem alakja és mérete, az acélbetétek mennyisége és elhelyezkedése, a betonban levő repedések, pórusok. A roncsolásmentes szilárdság becslő eljárások alkalmazási területe:

a) A roncsolásmentes vizsgálati módszerek elsősorban a beton minőség-egyenletességének vizsgálatára alkalmasak, ha a cement- és az adalék-fajta azonos és a betonösszetétel nem változik jelentősen. A jó és rossz tartományokat jól körül lehet határolni. Ebben van a módszer igazi je-lentősége.




b) A szilárdsági osztály becsülhető, ha erre a betonösszetételre és használt készülékre vonatkozóan hitelesítő görbe áll rendelkezésre, feltételezve az azonos zsaluzatot és azonos szilárdulást.

c) A nyomószilárdság viszonylag pontosan meghatározható olyan beton-üzemben, vagy nagy építkezéseken, ahol a betonösszetétel alig változik és a szilárdságkülönbségek az eltérő vízadagolásra és tömörítésre ve-zethetők vissza és elegendő számú viszonyító érték áll rendelkezésre.

4.2.3. A húzószilárdság meghatározása A beton húzószilárdsága a próbatest alakjától, méreteitől, a terhelés mód-jától, valamint a beton állapotától függ. Lényegében három vizsgálati mód terjedt el, nevezetesen

• tiszta húzóvizsgálat; • hajlító vizsgálat; • hasító vizsgálat, (4.4. ábra).

A hajlító vizsgálatnak két változata ismert:

• a középen ható egy koncentrált teherrel-, ill. • a harmad pontokon ható két koncentrált teherrel elvégzett vizsgálat.

4.4. ábra. A húzószilárdság vizsgálata: a) tiszta húzó-; b) hajlító-húzó-; c)

harmadpontos-; d) hasító szilárdság vizsgálattal [1]




Az utóbbi hármat lehet „kvázi” húzószilárdságnak is nevezni.

a) Tiszta húzóvizsgálatot csak elméleti célú kutatásokhoz végeznek, mivel a centrikus erőátadást nagyon nehéz biztosítani. A próbatesteket álta-lában úgy alakítják ki, hogy azok a befogás környékén vastagabbak, mint a középső részén.

b) A hajlító-húzó vizsgálat eredménye lényegesen függ a próbatest mérete-itől, a terhelés módjától, valamint a próbatest állapotától. Minél kiseb-bek a vizsgált gerendának a méretei, a hajlító-húzó szilárdsága annál nagyobb. A terhelés módja is lényegesen befolyásolja a hajlító-húzószilárdságot. Kétféle terhelési mód szokásos, nevezetesen a középen egy erővel ter-helt gerenda, valamint a harmadpontos terhelés. A központos terhelés kedvezőtlenebb a harmadpontos terhelésnél, ugyanis a gerenda ritkán törik a legnagyobb nyomaték helyén és a terhelő erő sem koncentrált, hanem a tehereloszlás miatt megoszló. Számolni azonban mindig a legnagyobb nyomatékkal, Fl/4 szoktak. A hajlító-húzószilárdság lényegesen függ a próbatest nedvességi álla-potától. Legnagyobb abban az esetben, ha a próbatest vízzel teljesen telített, és kisebb részben kiszárított vagy száradó próbatest esetén. A légszáraz állapot a kettő közötti állapot, ezért a hajlító-húzószilárdságot egyértelműen csak vízzel telített próbatesten lehet összehasonlítani. A kiszárított próbatest hajlító-húzószilárdsága a zsu-gorodási feszültségek miatt kisebb, mint a vízzel telítetté.

c) A hasító szilárdságot betonhengerek élmenti terhelésével határozzák meg. A hengerminta nagy előnye, hogy a megépített műtárgyból koro-nafúróval ki lehet venni, és így a műtárgy tényleges húzószilárdsága vizsgálható. A hasító szilárdságot

hdπF2σ has ⋅⋅⋅

= N/mm2

képletből számíthatjuk, ahol: - σhas a henger hasító szilárdsága, N/mm2 - F a terhelő erő, N - d a henger átmérője, mm - h a henger magassága, mm

A kifúrt minta oldalfelülete nem tökéletesen szabályos, az eredmény függ a teherátadás módjától. A szabvány szerint a próbatest és a terhe-




lő erő közé 3 mm vastag, d/10 szélességű, a hengernél 5 mm-re hosz-szabb acél hasítólécet kell közbeiktatni. Mivel a hasadási sík a próbatest középsíkján megy át, ezért a beton ki-száradása az eredményt alig befolyásolja. Közelítően azt állíthatjuk, hogy a hajlító-húzószilárdság 1,5-szer akko-ra, mint a hasító szilárdság.

4.2.4. A beton nyíró és csavaró szilárdsága A beton nyírószilárdsága – Gráf kísérletei szerint – a kockaszilárdságnak mintegy 1/4 - 1/5 -e, a hajlító-húzószilárdságnak pedig 1,6-szorosa. A csavarószilárdság a csavaró kísérlettel megállapított nyírószilárdság, a hú-zószilárdságnak mintegy 1,4-1,7-szerese kör- és négyszög keresztmetszetű próbatest esetén, ill. 0,9-1,2-szerese körgyűrű keresztmetszet esetén.

4.2.5. A felületi kötés A kérdésnek vasbeton szerkezeteknél van jelentősége, az acélbetétek le-horgonyzási hosszának megállapításához. A beton és az acélbetét közötti felületi kötés (tapadás) a beton húzószi-lárdságával függ össze. Gyakorlatilag azzal tekinthető egyenlőnek. A felü-leti kötés három részből tevődik össze, nevezetesen: a beton és az acélbe-tét közötti kémiai kötésből, a beton zsugorodása miatt az acélbetétekre gyakorolt szorítóhatásból és végül a molekulák között működő van der Waals erőkből. Ezek azonban még teljesen sima keresztmetszetű acélbetét esetén is a felületi kötés teljes értékének csak mintegy 20%-át teszi ki. Minthogy az acélbetét a betonra az általa felvehető erőt a felületén adja át, éppen ezért a beton és acélbetét közötti súrlódást oly módon igyekeznek megnövelni, hogy az acélbetét felületét érdesítik, vagy különböző alakúra képezik ki. A kiképzés módját az „Építőanyagok I.” című tárgyban már ismertettük. A felületi kötés tájékoztató nagyságát kihúzó-, vagy kitoló kísérlettel álla-pítják meg. A kísérlet során a kihúzóerőt elosztják az acélbetét felületével és így kapják meg a felületi kötés átlagos szilárdságát. Amint a 4.5. ábra mutatja, ez lényegesen függ attól, hogy milyen méretű próbatestet vizsgál-nak meg. Ennek mértéke általában nagyobb abban az esetben, ha az acél-betétet kitolják, mintha kihúzzák.




4.5. ábra. Felületi kötés vizsgálata: 1) rövid próbatest; 2) hosszú próbatest

4.3. További vizsgálatok

4.3.1. Kopásállóság A koptató vizsgálatok közül hazánkban a Bauschinger-Bőhme féle állandó teher alatti, csiszolókorongos eljárást szabványosították. A szerkezetből vizsgálat céljára 70,7 x 70,7 mm alapterületű próbatestet kell kimunkálni. A vizsgálatot légszáraz, és vízzel telített állapotban is el kell végezni. E vizsgálattal meghatározott lekoptatott réteg vastagsága az osztályba sorolás alapja. A szabvány három kopásállósági osztályt ad meg.

4.3.2. Hidrotechnikai tulajdonságok Hidrotechnikai tulajdonságokról csak porózus anyagok esetében beszélhe-tünk. A beton porózus anyag. A hézagait abszolút száraz állapotban leve-gő tölti ki, általános esetben azonban több-kevesebb vizet tartalmaznak. A beton tulajdonságait – elsősorban az alakváltozásait – a hézagaiban levő vízmennyiség erőteljesen befolyásolja. A víz-, ill. nedvességtartalom, víz-felvétel- (ill. vízfelvevő képesség, szorpció) nedvességfelvétel- (egyensúlyi nedvességtartalom, ill. adszorpció), ill. vízfelszívás útján juthat a betonba. Ezen hidrotechnikai jellemzők meghatározását az „Építőanyagok I” c. jegyzetben ismertettük. A betont vízálló anyagnak nevezzük, mert rendel-tetésszerű használhatósága a víz tartós hatására nem szűnik meg. A beton vízlágyulási tényezője nagyobb, mint 0,8.

a) A beton víz áthatolással szembeni viselkedése.

A lyukacsos anyagok természetes tulajdonsága, hogy nyomás alatt a vi-zet vagy folyadékot többé-kevésbé áteresztik. Az anyagokat a vízát-




eresztés mértéke szerint a következő csoportba soroljuk: vízhatlan, vízzáró, ill. vízáteresztő. A beton vízzáró anyag. A vízáteresztés mérő-száma valamely adott vastagságú próbatest esetén az 1 cm2 felületen az időegység alatt a vizsgálati nyomás mellett áthatolt vízmennyiség. En-nek a vízmennyiségnek a mértékétől függően többé vagy kevésbé víz-áteresztő betonról beszélünk.

b) A vízzáróság és vízáteresztés meghatározása Betonkeverékből a szabvány szerinti alakú és méretű próbatesteket kell készíteni. A készítés során vigyázni kell arra, hogy a bedolgozás iránya és a víznyomás iránya egyezzen meg a megépítendő szerkezet irányvi-szonyaival. Szerkezetből kivett próbatestet fűrészeléssel kell szabályos alakúra, és méretűre alakítani, ill. a szerkezetből koronafúróval kell ki-fúrni, és a vakolattól megtisztítani. A vizsgálat során tömítőgyűrűvel kell a kisebb próbatestek esetén 100, nagyobbak esetén 200 mm mérettel négyzetet, ill. kört alul-felül körül-határolni úgy, hogy a rendszerből víz csak e felületen át távozhasson. A próbatesteket 48 órán át 0,1 N/mm2, s ezt követően óránként – a nedves folt megjelenéséig – megkétszerezve 0,2; 0,4; 0,8; 1,6 N/mm2 túlnyomásnak kell alávetni. A vizsgálat folyamán megállapítandó az a legnagyobb nyomásfokozat, amelynél a próbatest alsó felületén még nem észleltek nedves foltot, ill. a folt keletkezésekor ható víznyomás. Utóbbi esetben meg kell hatá-rozni a víznyomás fokozásainak időpontjaiban a vízfogyasztást, az át-folyt vízmennyiséget. Mindegyik esetben meg kell határozni a vizsgálat befejezésével az elhasított próbatesten a nedvesített felület alakját és méreteit. Valamely beton vízzáróságának a mérőszáma annak a víznyomásnak 10 N/mm2-ben kifejezett értéke, amelynek 24 órán át tartó hatására a betonnak a víznyomással ellentétes felületén nedvesség nem mutatko-zik és a víz a próbatest vastagságának legfeljebb 1/3-áig hatol be.

c) A fagyállóság meghatározása A fagyállóság az építőanyagok ama tulajdonsága, hogy a várható élet-tartamuk során a víz és fagy együttes hatására anyagtulajdonságaikat nem változtatják. A fagyállóságot szabvány szerinti próbatesteken kell meghatározni. Megkülönböztethető: - ciklikusan gyorsfagyasztás és olvasztás vízben; - ciklikus fagyasztás levegőn, olvasztás vízben. A fagyállóság minősítése:




A próbatest tömegvesztesége alapján a ciklusszám, amelynél a próba-test tömegvesztesége (vízzel telített állapotban mérve) legalább 5%. A fagylágyulási tényező alapján az a ciklusszám, amelynél a fagylágyu-lási tényező 0,75-nél kisebb. A roncsolásmentes vizsgálatokat a másik kettővel együtt szabad alkal-mazni, külön minősítő értékeket még nem dolgoztak ki. Az előírt fagyasztási számok: 15, 25, 50, 100 és 150. A fagyállóság jelö-lése, pl.: f100.

4.4. A beton alakváltozási jellemzői Az alakváltozások a 4.1. táblázat szerint csoportosíthatók. A beton alakváltozásai lehetnek azonnal fellépők vagy időfüggők, terhelő feszültségtől függőek vagy függetlenek, visszafordíthatók vagy visszafor-díthatatlanok.

4.1. táblázat. Beton alakváltozási jellemzőinek csoportosítása

Terheléstől függő Terheléstől független időtől függő

pillanatnyi

alakváltozás kúszás zsugorodás időtől füg-getlen alak-

változás Visszafor-dítható (reverzibi-lis)

pillanatnyi rugalmas

alakváltozás

késlekedő rugalmas

alakváltozás

környezetei hatásra

bekövetkező zsugorodás

hőtágulás

Visszafor-díthatatlan (irreverzi-bilis)

pillanatnyi maradó

(képlékeny) alakváltozás

tartós folyás

belső okokra

visszavezethetőzsugorodás

-

4.4.1. A beton σ-ε diagramja és E rugalmassági modulusa Tartószerkezeteinket azért építjük, hogy bizonyos terheket hordjanak. Tehát a beton viselkedésében is az egyik legfontosabb, hogy hogyan alakváltozik a terhelés hatására. A beton, mint építőanyag nem rugalmas anyag, ennek megfelelően egészen másképpen viselkedik rövid ideig tartó, pillanatnyinak nevezett terhelés hatására, mint tartós terhelés hatására.




Ha a terheletlen betonhasábot fokozatosan törésig terheljük, megkapjuk az elsődleges (szűz) σ-ε diagrammot. A σ-ε diagramm többek között függ a terhelési sebességtől, (4.6. ábra).

4.6. ábra. A terhelési sebesség hatása a σ-ε diagramra [1]

A szabvány rövidjelű alakváltozásnak (gyors alakváltozás) tekinti a beton-hasáb terhelése során kialakuló teljes alakváltozást, ha a törés 1 órán belül következik be. Az így meghatározott diagramm a tulajdonképpeni elsődle-ges σ-ε diagramm. A beton σ-ε diagrammja függ a beton minőségétől. A 4.7. ábrából az kö-vetkezik, hogy a fiatalkorú, vagy kis szilárdságú betonok igen nagy képlé-keny alakváltozási szakasszal rendelkeznek és nagy a törési alakváltozásuk.

4.7. ábra. A betonminőség hatása a σ-ε diagramra, (B140~C10 és a

B560~C40 betonnak felel meg a mai jelölési rendszerben [1]




Ugyanakkor a nagyszilárdságú betonok már sokkal inkább rugalmasak és kisebb a törési összenyomódásuk. A nagyszilárdságú betonok viselkedésü-ket tekintve már kezdenek az adalékanyagukat alkotó kőzetekhez hasonlí-tani. Számításainkban a σ-ε diagrammot a kis szilárdságú betonok esetén jó közelítéssel úgy vehetjük, mintha az, teljesen képlékenyen viselkedne. Nagyszilárdságú betonok esetén – a szilárdságtani számításokban – inkább helyettesítő a σ-ε diagramm háromszöggel, mint téglalappal. A σ-ε diagramm kezdeti érintőjének az iránytangensét nevezik a beton kezdeti rugalmassági modulusának, (4.8. ábra). A nedvesség lényegesen befolyásolja a rugalmassági modulust, mivel a vízzel telt pórusok összenyomhatatlanok, növelik a rugalmassági modu-lust. Mivel a nagyobb próbatest nehezebben tud kiszáradni, ezért közvetve a méret is befolyásolja a rugalmassági modulust, ezért a nagyobb próbates-tek rugalmassági modulusa nagyobb, mint a kicsiké.

4.8. ábra. A beton különböző rugalmassági modulusai [1]

4.4.2. A beton zsugorodása és duzzadása A beton zsugorodásának elsődleges oka a cementkő zsugorodása, tehát a zsugorodás mértéke a cementkő-tartalomtól függ. Az adalékanyag (különösen a kvarckavics) nem zsugorodik, és ezért akadá-lyozza a cementkő zsugorodását. A cementkő és az adalékszemcse eltérő rugalmassági modulusa miatt a betonban feszültségek lépnek fel, melyek az adalékanyag és a cementkő határfelületén mikrorepedésekhez vezethet-nek. A beton összetételét tekintve a zsugorodás annál nagyobb, minél nagyobb a cementkő zsugorodása, minél nagyobb a cementkő-tartalom




(cementtartalom), minél nagyobb a víz-cementtényező, minél jobban zsu-gorodik az adalékanyag, minél kisebb az adalékanyag rugalmassági modu-lusa, (4.9. ábra). A legdöntőbb tényező a beton zsugorodásában a környező levegő relatív nedvességtartalma. A zsugorodás végértékét akkor éri el, ha létrejön a környező levegő relatív légnedvesség-tartalma és a beton kapillárisaiban levő víz közötti egyensúlyi állapot. Vékony próbatestek esetén ez az álla-pot állandó hőmérsékletű és nedvességtartamú térben 90 nap alatt nagy-részt lejátszódik. A végérték pedig annál nagyobb, minél kisebb a levegő relatív légnedvesség-tartalma, (4.10. ábra). A kiszáradás azonban a felületen kezdődik meg. A külső rétegek zsugoro-dását gátolják a belső nem zsugorodó részek. Emiatt a felületen húzás, belül nyomás lép fel.

4.9. ábra. A beton zsugorodása a cementtartalom és a víz-cementtényező

függvényében [1]




4.10. ábra. A zsugorodás a relatív légnedvességtartalom függvényében [1]

Fiatal beton felületén ezek a húzófeszültségek száradási zsugorodáshoz vezethetnek. Tehát a zsugorodás annál kisebb lesz, minél vastagabb a be-tontest, minél kisebb a felület és a térfogat viszonya és időben is később éri el végértékét. Vasbeton esetében az acélbetétek mérséklik a zsugorodást. A csökkentő tényező (k1)

b

a1

AA

201

1k⋅+

=

ahol „A”a a hosszirányú acélbetétek keresztmetszeti területe, az „A b” a betonkeresztmetszet területe. A magyar előírások a zsugorodás végértékére C25 beton esetén εzs∞ = 0,3 ‰-et, nagyobb szilárdságú betonokra 0,4 ‰-et adnak meg. A zsugorodás időbeni lefolyása

)2(1εε αtzszst

−∞ −=

képletből számítható, ahol t a betonozás óta eltelt napok száma. A képletből látható, hogy fiatal korban a zsugorodás gyors, később lassul és kb. 1-2 év múlva gyakorlatilag megszűnik.




Előregyártott betonok esetében elég ismerni a zsugorodást a beépítés ide-jétől.

4.4.3. A beton lassú-alakváltozása A beton összes alakváltozása tartós terhelés hatására a következő részek-ből tevődik össze:

• rugalmas alakváltozás a terhelés felhordása alatt (εr) • maradó alakváltozás a terhelés felhordása alatt (pillanatnyi maradó, εm) • zsugorodás (εzs) • viszkózus alakváltozás (tartós folyás) a tartós terhelés tartama alatt (εvis) • viszkoelasztikus alakváltozás (késlekedő rugalmas alakváltozás) a tartós

terhelés tartama alatt (εvel).

Ezeket az alakváltozásokat együtt a 3.11. ábrán mutatjuk be. Ha bizonyos időpontban tehermentesítenek, akkor az εr alakváltozás rögtön, εvel alakvál-tozás pedig késlekedve következik be. εr-t a terhelés tartama alatt állandónak tekintik, jól lehet a valóságban a nyomószilárdsággal együtt nő a beton korával. Az εr + εm alakváltozásokat csak együtt tudjuk megmérni. Az εm extrapolálással meghatározható úgy, hogy a megterhelést követő órákban mérik εvis + εvel alakváltozások össze-gét és a felrajzolt görbét a 0 időpontig (terhelés) meghosszabbítjuk. Az εvis + εvel alakváltozásokat együtt lassú alakváltozásnak, vagy kúszásnak (εk) nevezik. A beton kúszása arra vezethető vissza, hogy kiszáradáskor a terhelés alatti kapilláris feszültségek erőteljesebben járulnak hozzá a térfo-gatváltozáshoz, mint zsugorodáskor. Továbbá a tartós terhelés vízmoleku-lákat szorít ki a cementkő gél pólusaiból, Ezt a folyamatot a száradás még elősegíti. Ebből következik, hogy meg lehet különböztetni alapkúszást és száradási kúszást.




4.11. ábra. Tartósan terhelt beton alakváltozásai [1]

Az alapkúszást növeli:

• a nagyobb cementkő-tartalom, • a cement lassúbb szilárdulása, • a cementkő, ill. beton szilárdsága a megterhelés időpontjában, • a kisebb utószilárdulás a terheléstől számítva, • a durvább, kisebb rugalmassági modulusú adalékanyag, • nagyobb terhelő feszültség.

A száradási kúszás nő, ha

• a terheléskor nagyobb a beton nedvességtartalma és a terhelést köve-tően nagyobb a nedvességveszteség (kicsi a levegő relatív légnedves-ség-tartalma és nagy a hőmérséklet),

• kisebb a keresztmetszet (500 mm-nél kisebb keresztmetszet esetén a keresztmetszet lényeges hatása nem állapítható meg).

A száradási kúszás tehát elkerülhető, ha a betont párazáró védőréteggel zárják le, ill. ha kiszárított betont terhelnek meg. A kúszás általában kedvezőtlen, mivel növeli a hajlított tartók lehajlását, nyomott vasbeton elemekben feszültségátrendeződés következik be a be-tonról az acélra, csökken a feszített vasbetontartóban a feszítő feszültség. A kúszás kezdetben gyorsabban nő, míg évek múlva végértékéhez tart. A kúszást a lassú alakváltozási vagy kúszási tényezővel jellemezzük:




r

k

εε

=ϕ

ahol φ a vizsgált időpontban mért εk-hoz tartozó kúszási tényező, εr a megterhelés időpontjában meghatározott rugalmas alakváltozás. A szabvány a kúszás végértékét a terhelés időpontjához tartozó minősítési szilárdság függvényében adja meg.

minlogK26 ⋅−=∞ϕ

Vízben tárolt szerkezetek esetén ez az érték felére csökkenthető, 40% légnedvességű térben 1,3-szorosára növelendő. Könnyűbetonok esetében

tmin 1,5ρlogK6,4 −−=∞ϕ [1]

A kúszás időbeni lefolyását

)e(1 0,02tt

−∞ −= ϕϕ

függvény fejezi ki, ahol t a megterhelés óta eltelt napok száma. A beton kúszását úgy veszik számításba, hogy a tényleges kezdeti rugal-massági modulus helyett az ideális rugalmassági modulussal számolnak, melyet a 4.12. ábra szerint vezetünk le:

rkr

k εεεε

⋅=⇒= ϕϕ (1)

r0 ε

σE = (2)

krid εε

σE+

= (3)

A (3)-ba behelyettesítve (1):

)(1εσ

εεσE

rrrid ϕϕ +

=⋅+

= (4)

A (4)-be behelyettesítve (2):




ϕ+=

1E

E 0id

4.12. ábra. Az ideális rugalmassági modulus számítása

A beton kúszását úgy vesszük számításba, hogy a tényleges kezdeti rugal-massági modulus helyett az ideális rugalmassági modulussal (Eid) számo-lunk.

4.4.4. Hőmérséklet változás okozta alakváltozás A beton hőmérséklet hatására bekövetkező alakváltozását a lineáris hőtágulási együtthatóval fejezik ki. A lineáris hőtágulási együtthatót átlago-san 61010 −⋅ 1/K-nel szokták figyelembe venni. Ez a szám legnagyobb mértékben az adalékanyag fajtájától függ, így pl. kvarc adalékanyag esetén kb. 61013 −⋅ , míg szénkő adalék esetén 6105,7 −⋅ . A hőmérséklet hatására a szerkezetben – ha az alakváltozást meggátolják – belső feszültségek ke-letkeznek. Ezeknek a mérséklése céljából a szerkezeteket úgy építik meg, hogy 40-60 m-ként egy-egy tágulási hézagot iktatnak be, amelyik az épít-ményt teljes magasságában átszeli.

4.5. A beton szilárdságát befolyásoló tényezők Ebben a fejezetben a beton nyomó- és húzószilárdságát és időállóságát befolyásoló tényezőket foglaljuk össze. A betonszilárdság B, BS és BN jelű betonok esetén a 4.13. ábrán feltüntetett tényezőktől függ. Tehát ezeknek




a hatását kell megvizsgálnunk egyrészt a szilárdságra, másrészt a szilárdság egyenletességére. Szilárdságon, mint a beton legfontosabb tulajdonságán általában a nyomó-szilárdságát értik, és a többi szilárdságot ebből számítják ki. Egyes esetek-ben (pl. útbeton) a húzószilárdság a fontosabb, és az ezzel kapcsolatos repedésérzékenység.

4.13. ábra. A betonszilárdságot befolyásoló tényezők

4.5.1. A cement mennyisége és minősége A cementtel és a vízzel a péptartalom mennyiségét és minőségét lehet be-folyásolni. Azonos adalékanyagfajta esetén a beton nyomószilárdsága lé-nyegében a cementkő szilárdságától függ, mivel a könnyű adalékos beto-nok kivételével a cementkő a betonnak, mint kétfázisú anyagnak a gyen-gébb tagja. A cementkő szilárdságát viszont a cementkő hézagtérfogata és a cement szabványos nyomószilárdsága befolyásolja. A beton nyomószilárdsága a cement minőségétől közel lineárisan függ bármely konzisztencia esetén, (4.14. ábra).




4.14. ábra. Cement nyomószilárdságának hatása a beton

nyomószilárdságára [1]

a) A cement fajlagos felülete (azonos péptartalom esetén) lényegesen job-ban befolyásolja a nyomószilárdságot, mint a hajlító-húzót, (4.15. áb-ra). Egy napos korban a fajlagos felülettel még arányosan nő a nyomó-szilárdság, később egyre kevésbé, mivel a finomszemcsék egyre na-gyobb átmérőig teljes egészükben hidratálódnak. A húzószilárdság ese-tén ez az arányosság már egy napos korban sincs meg. Továbbá 200 m2/kg-on túl az őrlési finomság növelése esetén nem, vagy alig nő a húzószilárdság, mivel a C2S növeli, a C3S nem növeli a húzószilárdsá-got. Ezért útbetonok esetén az őrlési finomságot 300 m2/kg-ban kötik meg.

4.15. ábra. A cement fajlagos felületének hatása a beton szilárdságára [1]




b) A cementtartalom alsó határát, amit minimális cementtartalomnak is neveznek, a következő tényezők határozzák meg: - az adalékanyag legnagyobb szemnagysága (D), és szemmegoszlása, mivel ettől függ a pépigény; - betonszerkezet esetén a minimális cementtartalmat az szabja meg, hogy a cementet egyenletesen elkeverve még összefüggő kötőanyag bevonatot hozzon létre, - vasbeton esetén az a cementmennyiség, amely az acél korrózió elleni védelmét és a kellő tapadást biztosítani tudja. - befolyásolja az, hogy a betont időjárástól védett, vagy időjárásnak ki-tett helyen építik be. Időjárás ellen védett szerkezetnek kell tekinteni a vízzáró burkolattal ellátott, szabadban álló szerkezetet is. Adott konzisztencia esetén a péptelített, ill. kissé túltelített betonok ad-ják legkedvezőbb nyomószilárdságot, és ezekhez tartozik a legnagyobb testsűrűség. Tehát a nyomószilárdság egy maximum görbe a cement-tartalom függvényében, (4.16. ábra).

4.16. ábra. A cementtartalom hatása a beton nyomószilárdságára azonos

konzisztencia mellett [1]




Ez a körülmény azzal magyarázható, hogy a cementtartalom növelésé-vel a péptelítettség csökken, azt követően nő a cementkő porozitása. Jóllehet a nagyobb cementtartalom nagyobb kötőerőt jelent, a növek-vő porozitás miatt ezt a kötőerő növelő hatást a pórustartalom növelé-se felemészti. A húzószilárdság azonban túltelítettség esetén lesz ma-ximális. A péptelítettséghez szükséges cementpép-tartalom az adalékanyag szemmegoszlásától és Dmax-tól függ.

c) A víz-cementtényező A bedolgozott friss betonhoz szükséges vízmennyiség három részből tevődik össze: nevezetesen a cement szilárdságához szükséges víz-mennyiség, az adalékanyag által elszívott vízmennyiségből, és a bedol-gozáshoz szükséges vízmennyiségből. A cement szilárdulásához csak 0,15-0,18 víz-cementtényezőre volna szükség. Ha az adalékanyag nedvszívása kicsi, akkor a többi a megfelelő bedolgozhatósághoz szük-séges vízmennyiség. Azt pedig, hogy a beton hogyan, milyen mérték-ben bedolgozható, tehát hogy milyen betonkonzisztenciát kell előállí-tani, a rendelkezésre álló tömörítő eszköz, a vasszerelés sűrűsége és az elemnek a méretei határozzák meg.

d) A betonkészítés során tehát a konzisztenciát kell betartanunk. Töre-kedni kell azonban arra, hogy a víz-cementtényező közben minél ki-sebb legyen. Ugyanis már Abrams felismerte, hogy az adott adalék-anyag esetén víz-cementtényező és a beton nyomószilárdsága (R28) kö-zött egyértelmű összefüggés áll fenn (4.17. ábra), mely szerint

x28 BAR =

képlettel jellemezhető. A képletben A és B kísérleti állandók, x a víz-cementtényező. Tehát a nyomószilárdság csak a víz-cementtényező függvénye. A K-v/c összefüggés lett a betontechnológia alaptörvénye. Azóta is több hasonló képletet írtak fel erre az összefüggésre, amelyek közül hazánkban a Bolomey-Palotás-képletet használják.

B)x1A(R 28 −=

ahol A és B kísérleti állandók.




4.17. ábra. A víz-cementtényező és a kockaszilárdság közötti összefüggés

[1]

e) Ezek a képletek arra az esetre vonatkoznak, ha a beton levegőtartalma elhanyagolható (legfeljebb 1-1,5%). Ha a beton levegőtartalma a hiá-nyos tömörítés, a tudatosan bevitt levegőtartalom, a porózus adalék-anyagban levő levegőtartalom miatt ennél nagyobb, akkor

)B'r1(A'R 28 −=

képletet kell használni. A képletben A’ és B’ kísérleti állandók

cLvr +

=

pedig a víz-levegő cementtényező. A képletben v a beton víztartalma kg/m3-ben, L pedig a beton levegőtartalma dm3-ben.

f) A képletben tehát az jut kifejezésre, hogy a légtartalom ugyanúgy hat a szilárdságra, mint a víztartalom. Mindkettő a cementkő porozitásán keresztül. A betonszilárdság növelésének útja tehát a cementkő porozi-tásának a csökkentése, ami a v/c csökkentésével és a R-x görbe meg-hosszabbításával jár. Az eddigi technológiákkal azonban legfeljebb 100 MN/m2 szilárdságot sikerült elérni. A légtartalom a beton nyomó- és húzó szilárdságára gyakorolt jelentős hatását a 4.18. ábra szemlélteti.




4.18. ábra. A pórustartalom hatása a betonszilárdságára [1]

g) A különböző kutatók arra törekedtek, hogy a vízigényt az adalékanyag finomsági modulusa (m) és a beton cementtartalma (c) függvényében fejezzék ki. Hazánkban a Palotás-képletet használjuk, mely szerint a földnedves konzisztenciához és CEM I 42,5-hez tartozó vízszükséglet (x0)

m)(11c230,1x 0 −⋅+=

képlettel fejezhető ki. A szükséges (redukált) víz-cementtényező

dik0 hhh

xx⋅⋅

=

képletből számítható ki, ahol hk a földnedves konzisztenciától eltérő többlet vízigényt jelentő tényező (hígítási tényező) hc a CEM I 42,5-től eltérő cementek relatív vízigénye (vízigény tényező) és hd az adalék-anyag dmax-tól függő tényező.

4.5.2. Az adalékanyag Az adalékanyag megválasztása szempontjából az a fő célkitűzés, hogy álta-la a célnak megfelelő könnyű bedolgozhatóság a legkisebb víz-cementtényezővel és a lehető legkisebb cementadagolással gazdaságosan elérhető legyen. Az adalékanyag szemmegoszlása azonban más irányban




befolyásolja a bedolgozhatóságot, mint a nyomószilárdságot. A megfelelő bedolgozhatóság a homoktartalom bizonyos alsó határának a betartását követeli meg, tehát egy bizonyos mennyiségű finomhomok rész a bedol-gozhatóságot kedvezően befolyásolja. A megfelelő betonszilárdságot kel-lően tömör betonnal lehet elérni. Az adalékanyag kedvező halmaztömör-ségének a kifejezésére kidolgozták az ideális szemmegoszlási görbéket. Ilyen, pl. a Bolomey-féle képlettel kifejezhető szemmegoszlási görbe, ne-vezetesen:

maxdde)(100ea ⋅−+=

A képletben a jelenti a vizsgált szitán áthullt adalékanyag tömeg%-át, dmax az adalékanyag legnagyobb névleges szemnagyságát, d pedig a vizsgált szita lyukbőségét, e a keverék folyósságától és az adalékanyag minőségétől függő szám. Így, pl. földnedves beton folyami adalék esetén 4-8, zúzott adalék esetén 6-10; képlékeny beton folyami adalék esetén 8-10, zúzott adalék esetén10-12. Adott víz-cementtényező esetén a zúzottkő durva adalék mindig nagyobb húzószilárdságot ad, mint a természetesen gömbölyödött. A zömök sze-mek a nyomószilárdságot, a lemezes szemek a húzószilárdságot befolyá-solják kedvezően. Mivel azonban a lemezes szem rontja a bedolgozható-ságot, ami csak többlet pépmennyiséggel, vagy nagyobb víz-cementtényezővel ellensúlyozható, azért a gyakorlatban idegenkednek a lemezes szemek alkalmazásától. Az adalékanyag legnagyobb szemnagysá-gának a hatása függ attól, hogy a beton mennyire telített. Telített és túltelí-tett betonok esetén nincs nagy jelentősége annak, hogy dmax 25-50 mm között változik. A húzószilárdságra nagy hatással van a homok-kavics aránya. Kísérletek szerint a durva adalék térfogatarányának a növelése csökkenti a húzószi-lárdságot és jobban a sima kvarckavics, mint mészkőadalék esetén. A két-fajta kőzet hatása közötti különbség valószínűleg eltérő rugalmassági mo-dulusokkal magyarázható. Útbeton kísérletek szerint a nyomószilárdság közel arányosan változik a testsűrűséggel, míg a hajlító-húzó szilárdság nem. Általában megállapítható, hogy a szemszerkezet javításával (a finomsági mérőszám emelésével) jelentős cementmennyiség takarítható meg azonos betonszilárdság esetén. A legnagyobb szemnagyság (dmax) növelésével




csökken az azonos konzisztencia eléréséhez szükséges cementmennyiség és így az azonos szilárdság eléréséhez szükséges cementmennyiség is telí-tetlen betonok esetén. A legnagyobb szemnagyság növelésének azonban határt szabnak a technológiai körülmények és a szerkezeti adottságok (pl. mérések). A rugalmassági modulus (E) befolyásolásának a lehetősége fontos. A szer-kezeti betonok esetében nagy E-re törekednek, mivel a cél nagy szilárdság és kis alakváltozás. Ezzel szemben útbeton és tömegbeton esetében a kis E a kedvező, hogy a gátolt alakváltozás esetében a nagy feszültségek elke-rülhetők legyenek. A beton rugalmassági modulusa a cementkő (Ec) és az adalékanyag (Ea) rugalmassági modulusától függ. Befolyásolja még a hidratáció sebessége. Az adalékanyag Ea rugalmassági modulusára néhány adat:

kvarckavics 86000 N/mm2 bazalt 56000-115000 N/mm2 mészkő 23000-80000 N/mm2 márvány 47000- N/mm2

A cementkő-, ill. az adalékanyag-tartalom hatása is nagy. Azonos v/c és nyomószilárdság esetén a cementkőben gazdag betontól a cementkőben szegény betonig a rugalmassági modulus (E) kb. kétszeresére nőhet. Ezért az a helyes, ha a beton rugalmassági modulusát a cementkő tartalom és az adalékanyag fajtája függvényében adják meg. A vízzel telített beton rugalmassági modulusa (E-je) kb. kétszer akkora, mint a légszáraz betoné. Ugyanis a pórusokba bezárt víz nem hagyja ma-gát összenyomni. Útbeton és ipari padozat esetén a nagy húzószilárdság mellett kis rugal-massági modulust kis E-jű adalékanyaggal vagy műanyag-diszperzió hoz-záadásával stb. lehet elérni.

4.5.3. A beton kora A beton szilárdulása időbeni folyamat és a cement szilárdulási folyamatá-val függ össze. Jó közelítéssel azt mondhatjuk, hogy a beton kockaszilárd-sága és a beton korának a logaritmusa között lineáris összefüggés áll fenn.

logt)b(aRR 28t ⋅+⋅=




ahol a és b a cement fajtájától és a tárolási hőmérséklettől függő állandó, t a beton kora (nap). Természetesen a nagy kezdőszilárdságú cementtel készített betonok gyor-sabban, a kis kezdőszilárdságú cementekkel készített betonok lassabban szilárdulnak.

4.6. A beton fagyállóságát befolyásoló tényezők A beton fagyállósága és olvasztó sóval szembeni ellenállása (különösen útbetonok esetén) szempontjából döntő jelentősége van a bevitt légbubo-rékok mennyiségének és átmérőjének. A váltakozó fagyasztás – felengedés hatására bekövetkező tönkremenetel megállapítható a beton maradó alak-változásának növekedéséből (4.19. ábra), ill. a dinamikus rugalmassági modulus csökkenéséből, (4.20. ábra).

4.19. ábra. Maradó nyúlás növekedése váltakozó fagyhatásra a légpórus-

tartalom függvényében [1]




4.20. ábra. Légtartalom hatása a beton fagyállóságára [1]

Mindkét vizsgálat szerint a légpórus-képzővel bevitt légpórus-tartalom teszi a betont fagyállóvá. Csak igen nagy szilárdságú betonok állnak ellent légpórus-képző nélkül is hosszú ideig a váltakozó fagy hatásának. A légbuborékok mennyisége és átmérője az adalékszeren kívül a beton összetételétől és a készítés technológiájától is függ. Technológiai ökölsza-bályok: - A buborékképzésre csak az adalékanyag finom részeinek van hatása. A 0,063-0,2 mm-es lisztfinom szemcsék növelése csökkenti a buborékkép-ződést. - A leghatékonyabb a buborékképződés szempontjából a 0,3-1 mm-es szemcsék részaránya. - A cement mennyiségének és fajlagos felületének a növelése csökkenti a buborékképződést. Nagy kezdőszilárdság esetén növelni kell a szer adago-lását. A víz-cementtényező csökkentése önmagában is csökkenti a fagyve-szélyt, mivel csökkenti a betonban megfagyó víz mennyiségét. A földned-ves betonban azonban nehezebben képződik a buborék, (4.21. ábra).




4.21. ábra. A betonban megfagyó vízmennyiség a hőmérséklet és a víz-

cementtényező függvényében [1]

A keverési időt kb. 20%-kal kell növelni az ugyanolyan szilárdságú, légbu-borék nélküli betonéhoz képest. A rövid és túl hosszú keverés egyaránt csökkenti a légtartalmat. A vibrálás először a nagy buborékokat és a betonban levő lyukakat szünte-ti meg. A 2-3 perces túlvibrálás a légtartalmat 10-30%-kal csökkenti. Az útbetonok tartományában 1% többlet légtartalom kb. 4% nyomószi-lárdság csökkenést okoz.

4.7. A beton kopásállóságát befolyásoló tényezők A kész beton kopásállóság szempontjából olyan mesterséges kőzet, amelyben 4 mm-nél nagyobb gömbölyű szemű, ill. zúzott természetes eredetű adalékanyagok vannak a cementhabarcsba ágyazva. A beton ko-pásállósága a cementkő és az adalékanyag kopásállóságától függ. Mivel a cementkő mindig a kevésbé kopásálló, ezért kopásálló betont csak nagy-szilárdságú cementből (CEM I 42,5, esetleg CEM I 32,5 pc) szabad készí-teni. A betonösszetétel akkor a legkedvezőbb, ha a lehető legkisebb a habarcs-térfogat, mivel ez a beton puhább alkotója. Ez egyben a lehető legnagyobb szemnagyságot jelenti. A jó bedolgozhatóság ilyen esetben úgy érhető el, hogy a durva adalék olyan szemmegoszlású, továbbá olyan alakú, és felüle-tű szemcsékből áll, hogy önmagában is a legkisebb hézagtérfogatú hal-




mazzá tömöríthető (telített) és vízigénye is a legkisebb. A cementadagolás vonatkozásában két ellentétes irányzat van. A lengyel szabvány 425 l/m3 habarcstartalmat ír elő, ami kb. 250 kg/m3 cementtartalmat jelent. A másik irányzat szerint a 450-500 kg/m3 cementtartalom a jobb, mert eddig a cementtartalomig nő a beton nyomószilárdsága és vele a kopásállósága. Ez pedig kb. 460 l/m3 habarcsot jelent. A 4.22. ábra a kopás mértékét tünteti fel a beton kockaszilárdsága függvé-nyében. Egyben azt is megmutatja, hogy annál kopásállóbb lesz a beton, minél kopásállóbb a 4 mm-nél nagyobb szemcséjű adalékkőzet. Legkedve-zőbb a dunai kvarckavics. Azonban ezt sem szabad beépíteni, ha a beton-felület ütőhatást is kap (szegecses abroncsok, ráfos kocsik, acélhordók töltőállomáson), ill., ha a szikrabiztonságot biztosítani kell (üzemanyag tárolókban). Utóbbi esetben kisebb kopásállósága ellenére mészkőadalék javasolható. A homokok kopásállósága attól függ, hogy milyen nehéz ás-ványok alkotják azokat. A legellenállóbbak a kvarc, szillimanit, gránitok, andaluzit. A hazai folyami és bányakavicsoknak kb. 75-80%-a kvarc és kvarcit, tehát kopásállóság szempontjából jók. A bizonytalan ásványi ere-detű, 0,1 mm-nél kisebb szemcséket célszerű kimosni, még akkor is, ha a homokot utólag finomhomokkal javítani kell. A kopásállóság fokozható különlegesen kemény adalékok, pl. korund (Al2O3), karborundum (SiC), nehézfém salak adagolásával. A szemcseméret felső határa a homok tar-tományba essék. A beton tömörítése úgy hajtandó végre, hogy a lehető legtömörebb betont eredményezze. Emiatt előnyös a gömbölyű szemű homok, a bedolgozha-tóságot javító képlékenyítőszer, vagy a légbuborékképző. A kopási viselkedés elbírálásakor figyelembe kell venni az igénybevétel jellegét. A nedves beton jobban kopik, mint a száraz. Az utakon közleke-dő szeges abroncsok ütőhatást fejtenek ki és a kopás telenként 1-5 mm. Nagy vízsebesség esetén felléphet a kavitáció, mely azáltal hat, hogy a be-tonhoz ütközve a vízben levő buborékok szétpattannak, és a keletkező nyomásesés részecskéket szakíthat le a betonfelületből. Ennek elkerülésére a betonfelület legyen sima, kemény, tömör, cementpéptől mentes és ke-rülni kell a víz hirtelen irányváltozásait. Lépcsők, ipari betonpadozatok betonjai általában egyenletesen kopnak, (4.23. ábra).




4.22. ábra. A beton kopása a betonszilárdság függvényében [1]

4.8. A fagy és a hideg hatása a beton szilárdulására

4.8.1. A fagy hatása a betonra A hőmérséklet csökkenésével a beton szilárdulása egyre lassul. A beton szilárdulása teljes egészében csak kb. –10°C hőmérsékleten szűnik meg, azonban a csökkenés olyan mértékű, hogy 0°C hőmérsékleten már gyakor-latilag megszűntnek tekinthető. Ezen kívül figyelembe kell venni, hogy a betonban levő víz kb. -1 - -2°C hőmérsékleten megfagy. A fagy hatása következtében a víz kitágul, és a beton szerkezetét lazítja, roncsolja. Ha fagy érte a betont, akkor különbözőképpen következhet be a tönkre-menetel. Ha a kötés előtt fagy meg a beton, vagyis a fagy a betont legké-sőbb 4-6 órás korában éri, akkor a megfagyott beton szilárdnak tűnik ugyan, de a szilárdságát csak a jég adja. A kiengedés után a betont nem szabad kizsaluzni, a kötés megindul, és zavartalanul folyik. Legfeljebb az következhet be, hogy a beton szerkezete valamivel lazább lesz. A nagy tömegű betontestekben a rövid idejű tartó fagyhatás nem mindig terjed ki a beton belsejére, mert a beton belsejében a kötéshő révén a hőmérséklet




mindig nagyobb lesz, mint a külsején és ilyenkor csak kivett mintákkal lehet meggyőződni arról, hogy nem következett-e be romlás. Ha a beton kötés közben fagyott meg, ami kb. 4-24 órára tehető, akkor a fagy elmúltával sem lesz már a beton szilárdulása tökéletes, a betonon rendszerint repedések láthatók, és ez esetben csak a kivésett próbakockák-kal lehet meggyőződni a beton tényleges szilárdulásáról és szilárdságáról, amelyik rendszerint lényegesen elmarad a természetesen szilárduló betoné-tól. Ha a beton szilárdulás közben fagyott meg, vagyis általában 24-48 órás korban, vagy később, abban az esetben az egymás után bekövetkező fa-gyás és felolvadás rendszerint csak akkor tesz kárt a betonban, ha a beton szilárdsága 10-15 N/mm2-nél kisebb volt az első megfagyás alkalmával. Ezt kritikus szilárdságnak nevezik.

4.8.2. Betonozás hideg időben Mindezek után arra kell tehát törekedni, hogy a megfagyás előtt a beton lehetőleg érje el a kritikus szilárdságot. Hideg időben a következő intézke-déseket lehet tenni:

• az alkotóanyagok (adalékanyag, cement és víz) megvédése a lehűléstől, a víz és adalékanyag melegítése úgy, hogy a bebetonozott beton hő-mérséklete lehetőleg 20°C-ot elérje;

• az adalékanyagokat és a betonkeveréket szállító eszközök hőszigetelé-se;

• kis víz-cementtényezőjű beton készítése, a cementadagolás növelése és nagy kezdőszilárdságú cementek felhasználása;

• fagyásgátló, kötés- és szilárdulás gyorsító beton-kiegészítő anyagok adagolása, a zsaluzat és a vasbetétek melegítése betonozás előtt, a be-dolgozott beton hőszigetelése, a munkaterület körülburkolása;

• végül esetleg a bedolgozott beton melegítése elektromos áram, gőzö-lés, infravörös sugárzás segítségével.

4.9. A transzportbeton Az előírt betonminőségek minél kisebb szórással való biztosítását célozza a betongyárak rendszere. Ebben az esetben, a gyárban (keverőtelepen) megkevert betont a bedolgozás helyére kell szállítani, és ott bedolgozni. Mivel a szállítási távolság 20-40 km is lehet, a szállításnak különös köve-




telményeket kell kielégíteni. Az így előállított betont transzportbetonnak nevezzük. A betongyár gyáripari módszerekkel működő, megfelelően gépesített, au-tomatizált és ellenőrzött beton-előállító üzem.

a) Központi betongyárnak nevezünk minden olyan betonkeverő telepet, amely korszerű gépesített módszerekkel legalább 25m3/ó mennyiségű, előírt egyenletes minőségű beton rendszeres és folyamatos előállítására alkalmas.

b) Transzportbeton üzemnek nevezzük azokat a központi betongyárakat, amelyek a frissbeton keveréket közúton (vagy vasúton) alkalmas jár-művel szállítják, beépítésre alkalmas állapotban a felhasználás helyére.

c) Árubeton üzemnek nevezzük azokat a transzportbeton üzemeket, ame-lyek a frissbeton keveréket hozzák forgalomba (és nem az abból előál-lított beton vagy vasbeton terméket).

Az a), b), c) alatt felsorolt üzemek műszaki berendezéseiket tekintve alig különböznek egymástól, mégis eltérések találhatók közöttük lényeges el-rendezési, szervezési és jogi szempontból. Az a) szerinti üzemek terméküket – a frissbetont – belső használatra adják át. Külső – általában közúti – járművet nem kell alkalmazni. Ilyen beton-gyárak működnek előregyártó üzemekben és olyan építkezéseken, ahol egy helyen nagymennyiségű betont kell felhasználni. A b) szerinti üzemeknél biztosítani kell a betonnak közúti (vagy vasúti) járműbe való üríthetőségét. Ez kihat a betongyár elrendezésére is. Foglal-kozni kell a szállítás módjával és a szállítási idővel is. A c) szerinti üzemeknél a betonkeverék végtermék, amelynek minőségét, az érvényes rendelkezéseknek megfelelően tanúsítani kell. A minőség ta-núsításának színhelye a gyár telephelye, ha frissbeton keverék szállítását nem az árubeton üzem végzi. Ha a betonüzem a felhasználás helyén adja át a terméket, akkor annak minőségét ott kell tanúsítani.

4.9.1. A központi betongyártás előnyei

a) Az alapanyagok pontos és rendszeres ellenőrzése (elsősorban az adalék frakciónál). Az adalékanyag (főleg a finomhomok) víztartalmának rendszeres mérése és figyelembe vétele az adagolásnál (esetleges auto-matikusan) vagy az adalék víztartalmának beszabályozása (mechanikus víztelenítés vagy megfelelő tárolás), a víz-cementtényező pontos betar-tása érdekében.




b) Tanúsított betonminőség rendszeres ellenőrzése és beszabályozása, az üzemben gyártott termék (a betonkeverék) vizsgálati eredményeinek statisztikus értékelése alapján.

c) A „káló” csökkenése. A cementnél konténeres szállítás, zártrendszerű fogadás, tárolás és belső mozgatás, valamint zárt (porzás mentes) mér-legelő berendezés alkalmazásával. Az adalékanyagoknál kemény aljza-ton való tárolás, keverés és szennyeződésmentes belső mozgatás által.

d) Nagy teljesítmény, magas fokú gépesítés és automatizálás, jó gépkihasz-nálás, az emberi fizikai munka csökkentése.

e) Fejlett szervezés és tervezés, megfelelő tartalékképzés, rendszeres TMK lehetőség, ezzel minimális üzemzavar, illetőleg maximális üzembizton-ság.

f) Begyakorolt törzsgárda, fejlett és termelésre visszaható belső ellenőrzés (laboratórium és ISO).

g) Előnyös téli munkafeltételek (zárt, fűtött munkahely, meleg beton). h) A beépítés helyén, hely, munkaerő és költségcsökkenés, a felvonulás és

a munkahelyi berendezések egyszerűsödése. i) Külön előnyt jelent a felhasználó számára (feltéve, hogy a betongyár

irányítja a beton szállítását), ha a betongyár a felhasználás helyén szava-tolja a betonkeverék minőségét és így a felhasználó átháríthatatlan fele-lőssége a fogadásra, és a felhasználás módjára korlátozódik. A beton-keverék ára és a szállítás üteme szerződésben rögzíthető, ami által a felhasználó költség és határidő kockázata csökkenthető.

4.9.2. A központi betongyártás hátrányai

a) Nagy beruházási költségek, a korszerű betongyár, esetleg a betongyárat kiszolgáló adalék előkészítő mű, közúti, vasúti vagy vízi anyagfogadó berendezések és csatlakozó vonalak, betonszállító speciális járművek, esetleg munkahelyi fogadó berendezések költsége.

b) Korlátozott hatókörzet, a szállítási távolság és a szállítási idő korláto-zottsága miatt (a frissbeton keverék az építőipar legromlandóbb árúja, amely gondos tárolás mellett is – szinte percenként – veszít értékéből).

c) A gyártó és felhasználó közötti szigorú koordináció szükségessége (ez különösen nehéz a kivitelezésnek az időjárás függősége miatt és külön szabályozza a koordinálást, ha harmadik kéz irányítja a szállítást).

d) Az országban meglevő munkahelyi beton előállító berendezések rész-ben inkurrensé válnak (ami egyeseket arra csábít, hogy ilyen berende-zésekből összetákolt keverő telepeket betongyárként alkalmazzanak




anélkül, hogy a helyesen összehangolt géplánc és az egyenletes termék követelményeivel törődnének).

e) A központi betongyár nem tudja olyan közvetlenül követelni az építési ütemben bekövetkező – előre be nem tervezhető – változásokat (idő-járási akadályok, más munkák késedelme, talajvíz betörés, stb.), mint a munkahelyi keverőtelep és nem tudja a változó minőségű adalékanyag által megkövetelt technológiai változásokat sem olyan rugalmasan vég-rehajtani, mint az utóbbi.

4.10. A beton szilárdulásának gyorsítása

4.10.1. A szilárdulás-gyorsítás fogalma A természetesen szilárduló beton egyik nagy hátránya, hogy hosszú időn keresztül gyámolításra szorul, mert csak kb. 28 nap alatt éri el azt a szilárd-ságát, amelyet szerkezeti szilárdságnak tekintenek. Az építkezések ütemé-nek a növekedése és az a törekvés, hogy az építkezéseknek a szezon jellege megszűnjön, hozta magával azt a szükségszerűséget, hogy a beton szilár-dulását minél nagyobb mértékben meggyorsítsuk. A betonszilárdítás mód-szereit két csoportba soroljuk: a) hidegszilárdítások:

természetes szilárdulás, cement utánőrlése, az adalékanyag előmelegítése, vegyszeres betonszilárdítás,

b) hőszilárdítások: gőzölés, gyorsgőzölés, autoklávolás, elektromos érlelés, melegítés infravörös lámával.

A továbbiakban összehasonlító alapnak a beton természetes szilárdulását tekintjük, amelyet a beton 15-20 °C hőmérsékleten elér. A különböző szi-lárdulás gyorsító módszerek hatékonyságát nem abszolút szilárdságokban fejezik ki, hanem a természetesen szilárduló beton 28 napos hengerszilárd-ságához viszonyítva, mert hiszen ezt a szilárdságot kell előírni a terveken. Az előregyártás bizonyos szakaszában megkívánt szilárdságok a követke-zők: kizsaluzási szilárdság: 0,3 szorosa kell legyen a 28 napos betonszilárd-ságnak.




(építéshelyen a kizsaluzáshoz, elemgyárban az üzemen belüli mozgatáshoz szükséges szilárdság), gőzölés utáni minimális szilárdság: 0,5 szöröse kell legyen a 28 napos betonszilárdságnak. (csak akkor érdemes gőzölni, ha legalább ekkora szilárdságot lehet elérni a gőzölés befejeztével, a munkahelyen a kiállványozáshoz, elemgyárban a tároló helyre való szállításhoz szükséges szilárdság), szerelési és szállítási szilárdság: o,8 szorosa kell legyen a 28 napos be-tonszilárdságnak. (a feszítés végrehajtásához szükséges szilárdság, továbbá a szállítási szi-lárdság, ha a betongyár garantálja 28 napos korra az előírt betonmárkát, egyes esetekben a szereléshez szükséges minimális szilárdság). Egyes szer-zők a 28 napos betonszilárdság 0,7 szeres értékét-, de a legtöbb országban az előírt betonszilárdság 80%-át kívánják meg. A továbbiakban a különböző szilárdulás gyorsító módszereknek a szilár-dulás ütemére gyakorolt hatását csak a kockaszilárdság vonatkozásában mutatjuk be. A többi szilárdságot hasonlóan, de nem egészen meggyőzően befolyásolják.

4.10.2. Hideg szilárdítások A beton természetes szilárdulásán azt értik, hogy szobahőmérsékleten, azaz 15-20 °C hőmérsékleten hogyan alakul a szilárdsága. A beton szilárd-ságának időbeni alakulása, azaz szilárdulása függ a cementfajtától, a beton cementtartalmától, a víz-cementtényezőtől, illetve betonkonzisztenciától és hőmérséklettől. Minél nagyobb márkájú (pl. CEM I. 42,5) a cement, annál nagyobb a beton kezdeti szilárdsága (4.23.ábra), mindebből követ-kezik, hogy akkor, amikor a cél nagy kezdeti szilárdság elérése, minden esetben nagyobb márkájú cementet kell választani.




4.23. ábra. A cementfajta hatása a beton szilárdulására [1]

A beton cementtartalma nem befolyásolja nagymértékben a beton szilár-dulását, azonban ha téli időszakban bizonyos szilárdságot el kell érni, ak-kor mégis növelni kell a beton cementtartalmát azért, mert a nagyobb mennyiségű cement nemcsak nagyobb szilárdságot ad, hanem több kötéshőt is és a kötéshőnek a betonban való megtartásával a beton hő-mérsékletét és ezáltal a szilárdulásának sebességét növelni lehet. A víz-cementtényezőtől, ill. a betonkonzisztenciától szintén függ nem-csak a beton 28 napos és későbbi szilárdsága, hanem szilárdulásának kez-deti alakulása is (4.24.ábra). Tehát, ha arra törekednek, hogy minél na-gyobb kezdőszilárdságot érjenek el, akkor a betont minél kisebb víz-cementtényezővel, minél (szárazabban) földnedvesebben kell elkészíteni. A beton szilárdulásának a hőmérséklettől való függését a 3.25. ábra szem-lélteti. Ebből világosan látható, hogy a leggyorsabb szilárdulást 20°C hő-mérsékleten érik el a természetesen szilárduló betonok tartományában, tehát arra kell törekedni, hogy a beton hőmérséklete ezt a hőmérsékletet érje el.




4.24. ábra. A víz-cementtényező hatása a beton szilárdulására [1]

4.25. ábra. A hőmérséklet hatása a beton szilárdulására [1]

A cement őrlési finomsága, másnéven kifejezve a fajlagos felülete, kü-lönösen a beton kezdeti szilárdulására van nagy hatással. Ez azzal magya-rázható, hogy a reakciósebesség arányos a reakcióban résztvevő cement-szem fajlagos felületével. Cementjeink fajlagos felülete kb. 250-300 m2/kg. A cement őrlési finomságának a fokozása efölé, mintegy 400-500 m2/kg




fajlagos felületig gazdaságos lehet. Addig gazdaságos, amíg a finomabb őrlésre fordított mechanikai energia a cement szilárdulása során kémiai energia formájában visszatérül. A cement őrlési finomsága túlzott mérték-ben azért nem fokozható, mert egy bizonyos mértéken túl finomítva a cementet, a cementszemcsék összetömörödnek és már nem teljes felüle-tükkel vesznek részt a hidratációban. Melegített adalékanyaggal készített beton. Az utóbbi időben felvetet-ték a beton adalékanyagának a melegítését még üzemi viszonylatban is azzal a céllal, hogy ezzel a cement szilárdulásának a sebességét gyorsítani lehet. Azt szeretnénk megjegyezni, hogy a friss beton hőmérséklete 300 kg/m3 cementtartalom esetén 1°C-kal növelhető, ha a cement hőmérsékletét emelik 10°C-kal, vagy a homokos kavicsét 1,6 °C-kal, vagy a vízét 3,6 °C-kal. Mindebből látszik, hogy hatékonyan csak az adalékanyag melegítése révén lehet a beton hőmérsékletét növelni. Az adalékanyagot felmelegítik mintegy 60 °C-ra és ezáltal elérnek egy 35-38 °C-os hőmérsékletű betont, azt bedolgozzák zsaluzat közé és így egy gyorsabb kezdeti szilárdulást ér-nek el. A beton végső szilárdsága azonban elmarad a természetesen szilár-duló beton végső szilárdságától, tehát ezzel a szilárdságveszteséggel szá-molni kell.

4.10.3. Hőszilárdítások A hőszilárdítások azon alapszanak, hogy a cement szilárdulása, mint min-den vegyi folyamat, függ a hőmérséklettől, a nagyobb hőmérséklet jobban meggyorsítja. Ez bizonyos megszorításokkal a cementszilárdulás esetére is igaz. A hőt természetesen többféleképpen közölhetik a betonnal, neveze-tesen melegítéssel, gőzöléssel, elektromos áram útján, infravörös sugárzás útján stb. A továbbiakban csak a gőzszilárdításokkal foglalkozunk, mivel hazánkban csak ezek honosodtak meg. A beton gőzölése a legfontosabb kezdőszilárdság növelő módszer. Az elmúlt évtizedek során világszerte széleskörűen kutatták a hatékony gőzö-lés feltételeit. A legnagyobb előnye abban van, hogy az előregyártó üze-mekben a beton egy műszakban legyártva elérheti nemcsak a kiszerelés-hez, de a feszítőerő ráengedéséhez szükséges szilárdságot is. A gőzölésnek azonban megvannak a maga szabályai. A gőzölés menetét a gőzölési diagramban szokás ábrázolni, amely a következő szakaszokra bontható:

• pihentetés,




• felfűtés, • izotermikus érlelés, • lehűtés.

A pihentetés lehetővé teszi, hogy a keverővíz egy része fizikailag és kémi-ailag kötött állapotba kerüljön, a beton megdermedjen, és jobban ellenáll-jon a gőzölés során fellépő fizikai erőknek. A gőzölés előtti pihentetés csökkenti a gőzölt beton maradó alakváltozását. Ha lehetséges, akkor a földnedves betonokat 1,5-2 órán át kell pihentetni, ami kb. a kötési idő kezdetének felel meg. Pihentetés nélkül csak igen nagy tömörségű (kis víz és légtartalmú) betonokat, vagy minden oldalról zárt sablonban készített betonokat szabad gőzölni. A felfűtés során indul meg a beton gyors felmelegedése kívülről befelé. A gyors felfűtés következtében a még nem szilárd betonban levő levegő és víz kitágul és a beton valósággal „megkel”, feltáskásodik. Ilyen állapotában szilárdul meg, és szilárdsága kisebb lesz, mint a beton belsejében. Ennek oka az, hogy a víz hőtágulási együtthatója kb. 10-szer, a levegőé kb. 100-szor akkora, mint a cementkőé. Ebből következik, hogy a kevesebb vizet és levegőt tartalmazó betont gyorsabban szabad felfűteni. A felfűtés okoz-ta szilárdságromlást a 4.26. ábra szemlélteti. A 25 °C/h sebességet célszerű betartani.

4.26. ábra. Fűtési sebesség hatása a szilárdságra [1]




Az izotermikus érlelés tartama alatt következik be a beton szilárdulása. Ebben a szakaszban bekövetkezhet a beton fizikai romlása azáltal, hogy a betonból a keverővíz olyan mértékig elpárolog, hogy a beton kiszárad és a kémiai reakcióhoz szükséges víz sem áll rendelkezésre. A felfűtés tartamán a beton hőmérséklete kisebb a gőztér hőmérsékleténél, pára csapódhat le a betonra. Amíg a gőztér hőmérséklete állandó, addig a beton hőmérséklete – a hidratációhő következtében a gőztér hőmérséklete fölé emelkedik és a diffúzió következtében a kapillárisokból víz párolog el, a beton kiszárad. A hőmérsékletkülönbség annál nagyobb lesz, minél nagyobb tömegű a be-ton. A korszerű gőzölő berendezésekben úgy szabályozzák a hőmérsékle-tet, hogy a beton hőmérséklete ne emelkedjék a gőztér hőmérséklete fölé. Az optimális gőzölési hőmérséklet függ a cement fajtájától (4.27. ábra). Tiszta pc-nek optimális gőzölési hőmérséklete 70-75 °C, a heterogén ce-menteké 80-90 °C.

4.27. ábra. Gőzölési hőmérséklet és a cementfajta hatása a beton

szilárdságára [1]

A lehűlés célszerű sebessége mintegy 30 °C/ó, amely ahhoz szükséges, hogy a beton a teljes keresztmetszetében közel egyenlően hűljön le. Ha a betont igen gyorsan hűtik le, akkor a nagyobb tömegű betonban az egyen-lőtlen lehűlésből hőmérsékleti feszültségek és repedések keletkeznek. A lehűtés szakasza alatt megfigyelhetjük, hogy a betonból nagymennyiségű gőz távozik el. Ugyanis a beton belseje nagyobb hőmérsékletű, mint a külseje, tehát diffúzió révén a beton felületéhez közel levő összes szabad




víz eltávozik. A víz eltávozása olyan mérvű lehet, hogy a betonban a to-vábbi szilárduláshoz szükséges víz sem marad meg. Éppen ezért szükség van a beton utókezelésére, amelyik minden esetben nedvesítést jelent már a beton lehűtött állapotában és ennek feladata pótolni a lehűtés során elvesztett nedvességtartalmat. Ha a nedves utókezelés elmarad, akkor a téli időben szabadon tárolt beto-nok kedvezőbb helyzetben vannak, mint a nyáriak, télen nagy a levegő relatív nedvességtartalma. A beton gyorsgőzölése. Az előregyártott vasbetonelemek tömeges gyár-tására való áttérés, a fokozott gépesítést és automatizálást hozta előtérbe. Ha viszont folyamatos, futószalagos termelést tételezünk fel, akkor a be-tonszilárdítás időtartamát a mostani 6-10 óráról 1-1,5 órára le kellene szo-rítani ahhoz, hogy arányban álljon a betonkeverés és bedolgozás időtarta-mával. Ezt kétféle módon valósították meg eddig: az egyik az un. alagutas érlelés, amely során futószalagon gyártott tetőpanel-elemeket a gyártás befejezése után közvetlenül egy alagútba viszi a futószalag, ahol mintegy 1,5 órás gőzérlelésnek teszik ki és a futószalag végén a kész terméket kap-ják meg. A másik módszer esetén egyedi sablonokban, tehát szakaszos módszerrel gyártanak és érlelnek. A gyorsszilárdításnak elengedhetetlen része a zárt sablon, amelynek a használata esetén a cementkő szerkezet minimális romlása következik be még akkor is, ha a beton pihentetését elhagyják, a felfűtési időt minimális-ra korlátozzák és a betont 100 °C-on érlelik. A felfűtés sebessége a sablon zártságán kívül függ a hőforrástól és a gőzberendezés fajtájától, a gyárt-mány méretétől, a betonkeverék összetételétől, s főleg a vízmennyiségtől és a felület és a térfogat hányadosától. Gyorsgőzölni csak a vékony szerke-zeti részeket tartalmazó betonelemeket szabad, mert különben nagy hő-mérsékleti feszültségek keletkeznének a betonban. Két órás összszilárdítás esetén a gőzölés befejeztével a gőzölés hatásfoka (a gőzölt beton szilárd-ságának a természetesen szilárduló beton 28 napos értékéhez viszonyított szilárdsága) 0,40 - 0,30 lesz és 28 napos szilárdsága legfeljebb 15-25%-kal marad el a természetesen szilárduló beton 28 napos szilárdságától. A beton autoklávolása. A beton autoklávolásán a beton 180-200 °C hő-mérsékletű, páradús térben való érlelését értik. A beton autoklávolása többletszilárdságot eredményez, amely annak a következménye, hogy az autoklávolás hőmérsékletén a betonban a cement szilárdulása során fel-szabaduló kalcium-hidroxid, vagy a külön adagolt mészhidrát reakcióba lép a betonba adagolt kvarcliszttel. A reakció azonban csak akkor eredmé-




nyez többletszilárdságot, ha a kvarcnak a fajlagos felülete igen nagy, kb. a cementével azonos. A legkedvezőbbnek mondható 70% kötőanyag és 30% finomőrlésű kvarc arány, mert kb. ezzel adódtak a legkedvezőbb szilárdságok. Az autoklávolás technológiája ugyanazokból a szakaszokból tehető össze, mint a gőzölés technológiája. Az autoklávolt beton nyomó-szilárdsága üzemi gyártás során is elérheti, sőt meghaladhatja a 100 N/mm2-t. E betonoknak előnye az igen nagy térfogat-állandósága.

4.11. Különleges betonok

4.11.1. Vízzáró beton Vízzáró betonokat csövek, víztornyok, vízmedencék stb. építéséhez hasz-nálnak fel. A gyakorlatban a vízzáróság mértéke szerint ezeknél a szerkeze-teknél a következő csoportokat különböztetik meg, (4.2. táblázat):

4.2. táblázat. Vízzáróság fokozatai

Beton megnevezése Vízveszteség üzemi víz-nyomásra a falon át l/m2nap

Különlegesen vízzáró 0,1

Vízzáró 0,2

Mérsékelten vízzáró 0,4

vízmedencék, víztornyok esetén általában megfelelő a vízzáró fokozat, amikor is a külső falról az átszivárgott víz el is párolog. A betonok vízzáróságát elsősorban azok tömörsége határozza meg, amely a szilárd alkotók alapján legalább 0,85 legyen, a levegőtartalom ne haladja meg a 2 %-ot. Telített betont kell tervezni, mert ez esetben a legna-gyobb a kezdeti tömörség. A beton alkotóit tehát úgy kell megválasztani, hogy ezt a célt elérjék. Vízzáró és különlegesen vízzáró betonhoz CEM I 52,5, CEM I 42,5, vagy szulfátálló betonokhoz CEM III/B 32,5, mérsékelten vízzáró betonhoz CEM I 32,5 választandó, 20%-nál kevesebb hidraulikus pótlékkal. A ce-




menttartalmat 320-360 kg/m3 között célszerű megválasztani, ha D 16-32 mm között változik. Ha D nő, a cementtartalom csökkenthető, mert csökken az adalékanyag közötti hézagtartalom. A tömörséget legjobban az adalékanyag megfelelő szemmegoszlásá-val lehet befolyásolni. A betontervezés során ezt úgy szoktuk figyelembe venni, hogy az optimális finomsági modulus helyett annak 90%-át veszik számításba. Ez azonban csak közelítő meghatározás lehet, mivel döntő szerepe van a vízzárás szempontjából a homoknak. Emiatt a homok szemmegoszlására egyes szabványok, ill. szerzők, szemmegoszlási határ-görbéket, ill. szemmegoszlási görbéket adnak meg. A kavics szemmegoszlásának nincs jelentős szerepe. A homok jó szem-megoszlását úgy lehet elérni, hogy mérsékelten vízzáró és vízzáró betonok készítése során az adalékanyagot 0-4 mm-es homokra és 4-Dmax mm-es kavicsra osztályozzuk szét, és külön-külön mérve adagolják. Különlegesen vízzáró betonokhoz még a homokot is 0/1 és 1/4 frakcióra kell bontani. A homok agyag- és iszaptartalma nem lehet több 3 térfogat%-nál, a kavics együttes por-, agyag- és iszaptartalma 0,5%-nál. A szemalak lehető-leg zömök legyen, a folyami és bányakavics előnyösebb a zúzottnál. Az adalékanyag legnagyobb szemnagysága (Dmax) ne legyen nagyobb betonréteg vastagsága egyötödénél, ill. az acélbetétek távolságánál. Ezek a megkötések a jó bedolgozhatóság miatt szükségesek. Célszerű ellenőrizni a legnagyobb szemnagyság függvényében a lisztfi-nomságú szemek (cement + az adalékanyag 0,25 mm-nél kisebb része) mennyiségét, mivel a hazai folyami és bányahomokból – különösen mo-sás után – hiányzik a finomhomok. A beton tömörsége fokozható a különböző tömítőszerek hozzáadásával. A trasz a vízben megduzzad és tömítő hatása közismert. Ebből követke-zik, hogy vízzáró betonhoz a legjobb volna a traszportlandcement, ilyen cementünk azonban nincsen. Korábban a vízzáró betonokhoz rendszere-sen adagoltak traszt, amelyet kézi vagy gépi erővel szárazon kell a cement-tel először gondosan összekeverni, hogy az elkeveredés egyenletes legyen. A trasz a beton tömörségét azáltal is növeli, hogy a cement szilárdulása során felszabaduló kalcium-hidroxidot megköti kalcium-hidroszilikát for-májában és így megakadályozza annak kioldódását, annak helyén hézagok képződését. CEM I 42,5 cementjeinkhez maximálisan 25%, CEM I 32,5 cementjeinkhez max. 15% trasz adagolható. A beton tömörsége fokozható konzisztencia javítószerek adagolásával, amelyek fokozzák a beton tömörségét és vízzáróságát.




Tömítőszer a bentonit is. A cement tömegére vonatkozatott 1%-nál több bentonit azonban csök-kenti a beton szilárdságát. Gondoskodni kell arról, hogy a betonba egyen-letesen adagolják. Ha a beton váltakozva kiszárad és vízzel telítődik, akkor lassan kimosódhat belőle. Folyadéktartályok esetén sikerrel alkalmazható az a módszer, hogy a próbaüzemeltetés során bentonitot is tartalmaz a víz, és a vizet állandóan mozgatják. A pórusokat a vízzel kiszivárgó bentonit lassan eltömheti. Víztaszító szerként eredményesen használható még a bitumenemulzió is, amely ily módon a beton vízzáróságát fokozza. Igen gondosan kell megválasztani a bedolgozás módját is, különösen a munkahézagokat kell kerülni, illetve azokat megfelelően tömöríteni kell. Végül figyelembe kell venni, hogy a beton vízzárósága a beton korával nő, mivel a keletkezett kalcium-szilikáthidrátok beépülnek a pórusokba és fokozzák a tömörséget.

4.11.2. Kopásálló betonok A szabvány a kopás mértéke szerint három osztályba sorolja a kopásálló betonokat. Az építőmérnöki gyakorlatban a következő építményeknél fordul elő a kopásálló betonnak a szükségessége:

a) Autóutak, repülőtéri kifutópályák, térburkolatok betonja, b) Vízépítési betonok, melyek a hordalék, az uszadék, jég, stb. ütő és kop-

tató hatásának vannak kitéve, c) A gyalogjárdák, lépcsők betonja. Ezek egyenletes koptatásnak vannak

kitéve a gyalogos forgalom által. d) Ipari padozatok, melyek nagy terheket hordó vaskerekes kocsik koptató

és ütőhatásnak is ki vannak téve. e) Vasbeton silók és bunkerek oszlopai, amelyek a bunkerekből kiömlő érc

és egyéb anyagok koptató hatásának vannak kitéve. f) Csiszoló igénybevételeknek kitett betonfelületek.

Erős koptató és ütő-igénybevételnek kitett helyeken kemény, kopásálló betont kell készíteni. A kopásállóbetonhoz adalékanyagként réz- és ólom-salakot, szilíciumkarbidot (SiC) korundot, bórkarbidot ( B4C ), porcelán-szemcsét, vasreszeléket stb. célszerű felhasználni. Igen kemény kopásálló beton készíthető pl. a következő összetétellel:

0-1 mm-es vasreszelék 30 tömeg%




1-3 mm-es vasreszelék 30 tömeg% 3-7 mm-es vasreszelék 40 tömeg% 900 kg/m3 CEM I 42,5 és 225 l/ m3 víz,

és használni kell még plasztifikáló, víztaszító anyagokat is. A fokozottan kopásálló beton előállítható bazalt, andezit és tiszta kvarc adalékanyaggal is. Ebben az esetben arra kell törekedni, hogy a beton mi-nél tömörebb legyen, és minél kevesebb habarcsot tartalmazzon, mert az adalékanyagnak mindig nagyobb a kopási ellenállása, mint a cementtel készült habarcsé. A beton kopásállósága és a nyomószilárdsága között a 4.22. ábra sze-rinti összefüggés van. Jól látható az ábrából az adalékanyag keménységé-nek a szerepe. Alapelvnek lehet tekinteni, hogy a kemény, fokozottan ko-pásálló beton C 45/55, a kopásálló beton C 40/50 minőségű legyen. A kopásálló betonokhoz legalább CEM I 42,5 cementet kell használni, mivel a cement annál kopásállóbb, minél nagyobb a C3S –tartalma és a C3S/ C2S arány. A betonhoz felhasznált kőzet nyomószilárdsága legalább 125 N/mm2 és vízlágyulási tényező legalább 0,8 legyen. A kvarckaviccsal készített beton kopásállósága jó. A tervezés során azon-ban figyelembe kell venni, hogy a kvarckavics nem ütésálló és nem szikrabiztos. Ezért üzemanyag tárolók padozatához nem szabad felhasz-nálni.

4.11.3. Sugárvédő beton A korszerű gyógyászatban, a korszerű anyagvizsgálat során, valamint az atomreaktorokban egyre inkább felhasználnak radioaktív anyagokat. Az építés feladata ezzel kapcsolatban a sugárzási szintnek a leszállítása bioló-giailag még eltűrhető, az emberre nézve veszélytelen sugárzási szintre. A jelenleg szóba jöhető fontosabb sugárzások, amelyek ellen védekezni kell: a röntgensugarak, a radioaktív α, β és γ sugarak, és a magreaktoroknál a neutron sugarak. A nagy áthatolóképességű röntgensugarak hullámhossz-tartománya a rövidhullámú ibolyántúli sugaraktól a γ-sugarak tartományáig terjed. A röntgensugarak egy kis része hasznos sugárzás, amely a diagnosztika és terápia céljait szolgálja, a nagyobb része a káros sugárzás, s a sugárzást ért testek szekunder sugárzása, vagyis a szórt sugárzás. A hasznos sugárzással szemben legkedvezőbben ólommal lehet védekezni. Ez helyettesíthető egyéb szerkezeti anyagokkal is (vas, horgany, baritvakolat, beton nehéz, ill.




súlyos stb.). A káros és szórt sugárzás ellen célszerű a röntgenlaboratóri-um falát egyéb anyaggal (beton, tégla stb.) védeni, amelyeknél a védekezés mértékét ólomegyenértékben szokás kifejezni. A védőfal vastagsága függ-vénye a csőfeszültségnek, az áramerősségnek és a röntgencső fókusz és védett hely távolságának, valamint a helyettesítő anyag testsűrűségének. Az eddigi tapasztalatok szerint a szokásos adalékanyagokkal készített közön-séges beton 0,30m vastagságban elegendő a röntgensugárzás elleni véde-lemre. Éspedig 200kW csőfeszültségig a szokásos beton legalább 2400 kg/m3 testsűrűséggel, ennél nagyobb csőfeszültség esetén legalább 3000 kg/m3 testsűrűséggel. A radioaktív sugarak közül az α és β sugarak általában kicsiny úthosszon elvesztik veszélyességüket. Így leárnyékolásuk néhány mm vastag fallal megoldható. γ sugarak elleni védelmül a nagy testsűrűségű nehézbetonok (NB jelű) jöhetnek számításba, mivel a sugárgyengítő hatás az alkotók atomsúlyától és a beton testsűrűségétől függ. Sugárgyengítő hatása arányos a beton test-sűrűségével. A magreaktoroknál a neutronsugárzás elleni védelmül felhasznált beton-nal szemben támasztott követelményt egyrészt az szabja meg, hogy az meg kell, hogy feleljen a γ-sugárzás elleni védelemnek, másrészt pedig a védőfal anyaga a neutronsugárzás leárnyékolására szolgál és emiatt könnyű eleme-ket (hidrogént) nagy fajlagos hatásfelülettel kell tartalmaznia. Ezt a betont hidrátbetonnak nevezik. A nehézbetont nehéz adalékanyaggal lehet előállítani. Így adalékanyag-ként számításba jön hazai viszonylatban a vas adalék, a limonit, a barit, a különböző nemesfém ércek salakja. A paksi atomerőmű 4500 kg/m3 test-sűrűségű betonjához hematit és acélsörét adalékanyagot használtak. Két-három MeW energiájú γ-sugárzás szükséges lefékezéséhez megkívánt fal-vastagság víz ( ρt = 1000 kg/m3), a közönséges beton ( ρt = 2300 kg/m3), baritbeton ( ρt = 3500 kg/m3), a beton vasadalékkal ( ρt = 5600 kg/m3), sorra: 6,4m; 2,8m; 1,8m; 1,15m. A nehézbeton szilárdsági jele NB, konzisztenciája földnedves. A víz-cementtényezőt általában 0,6-nál nem szabad nagyobbra választani. A neutronsugárzás elleni védelmül szolgáló hidrátbeton olyan nehézbeton, amelynek a hidrátvíztartalma is elő van írva. Így kötőanyagként kezdetben a közönséges cement helyett oxiklorid, oxi-szulfát, magnézium-oxid alap-anyagú kötőanyagokat használtak, amelyeknek lekötött állapotban a hidrátvíz tartalma nagyobb, mint a cementé. Ma általában visszatérnek a




szokványos cementhez annak ellenére, hogy ebből a szempontbók kevés-bé hasznos.

4.11.4. Hő és tűzálló betonok A betonokat hővel szembeni viselkedésük alapján csoportokba sorolhat-juk. Azon a hőmérsékleten nevezik a betont hőállónak ill. tűzállónak, ame-lyiken eredeti szilárdságának 50%-a tartós hőhatásra is megmarad. A nor-mál betonban kb. 500°C hőmérsékletig csak kisebb változások mennek végbe, amelyekre bizonyos szilárdságromlás már bekövetkezik. 575°C hőmérsékleten az α kvarc adalékanyag β kvarc módosulatba megy át, ami térfogatváltozással jár, tehát a kvarc adalékanyagú beton tönkremegy. A cementkő bomlása 500°C fölött fokozottabb, és kb. 800°C-nál befejező-dik, a p.c. kötőanyagú betonok tönkremennek. Mindezek figyelembevéte-lével a betonokat 500°C felett tűzálló cementtel és nem kvarc adalék-anyaggal kell készíteni. Az I. kategóriába sorolhatók a szokványos homo-kos kaviccsal és kőzúzalékkal készített betonok. A II. kategória szerinti igénybevételek általában kéményszerkezetekben fordulnak elő, a III. kate-góriának megfelelő hőmérséklet éri a betont az egyes ipari létesítmények-ben, kazánalapok esetén és sugármeghajtású kifutóművek pályáiban, a IV. kategóriába tartozó tűzálló betonokat elsősorban a kemencefalak építésé-hez használják fel, sorrendben 200-500-800, ill. 1600°C hőmérséklet elvi-selésére. A hőálló betonokhoz, ha a szilárdsági igény kicsi , akkor megfelelőek a CEM II/A, 32,5 vagy a CEM II/B 32,5 márkájú heterogén portlandce-mentek. Ha a szilárdsági igény nagyobb, akkor 600-800°C hőmérsékleten már CEM II/A 32,5, ill. CEM II/A 42,5 aluminát cementeket kell hasz-nálni. Adalékanyagul megfelelnek azok az adalékanyagok, amelyeknek van megfelelő önszilárdsága, és ezen a hőmérsékleten nem károsodnak. Ilye-nek: bazalt, vulkáni tufa, tégla, habosított kohósalak, kazánsalak, samott stb. A pc-ekből keletkező kalcium-szilikáthidrátok ebben a hőmérséklet tarto-mányban már hidrátvizük nagy részét elveszítik, romlik a kötőerejük. Ezért legalább az adalékanyag finom részét olyan anyagból célszerű készí-teni, amelyek kerámikus kötést hoznak létre. Ilyen savanyú anyagok: a traszliszt, a samottliszt, pernye, kazánsalakliszt, téglaliszt, esetleg korundliszt. Mivel a keramikuskötés létrejöttéhez általában ennél nagyobb, tehát az 500-800°C-nál nagyobb hőmérsékletre van szükség, ezért célszerű olyan anyagot is belekeverni, amely a keramikuskötés létrejöttéhez szüksé-




ges hőmérsékletet leszállítja. Ilyen anyag, pl. a borax. Az első felfűtéskor a hőmérsékletet célszerű 1000°C-ig növelni. A IV. kategóriájú tűzálló betonokhoz csak tűzálló aluminát cementeket (esetleg nátrium-szilikofluorid, vízüvegek, ill. kausztikus magnézia kötő-anyagot) szabad használni. Adalékanyagként samott-zuzalékot és samottlisztet használnak. Vasalt hő- és tűzálló betonok készítése során nem szabad figyelmen kívül hagyni azt a tényt, hogy a beton és az acél hőtágulása – bár közel van egymáshoz – de nagy hőmérséklet esetén még így is lényeges alakváltozás különbség állhat elő. Továbbá figyelembe kell venni, hogy az acél szilárd-sága 400°C feletti hőmérsékleten rohamosan csökken. Ezért olyan beton-takarást kell létrehozni, amelyik biztosítja, hogy 400°C-nál nagyobb hő-mérséklet az acélbetéteket nem éri, vagy különleges hőálló acélbetétet kell beépíteni. Az acélbetét tapadása a hőmérséklet növelésével jelentősen csökken, ezért csak periodikus profilú acélbetétet szabad használni, és le kell horgonyoz-ni. Az első felfűtést nagyon lassan kell elvégezni, mert először a betonnak ki kell száradnia. Arra kell törekedni, hogy a beton tűztér felöli oldala telje-sen gázzáró legyen, és az agresszív hatásoknak ellenálljon. Ezért azt az oldalát célszerű vízüvegkenéssel, vagy bóraxkenéssel ellátni. A vízüveg a beton pórusait tömíti el, a bórax pedig olvadás közben egy üvegréteget hoz létre. A betonfal a felfűtés és a lehűtések során így is gyakran megrepedezik. A repedezéseket 100°C alatti hőmérsékleten cement és samott dara 1:3 ará-nyú keverékével, kell tömíteni.

4.12. Különleges betontechnológiák

4.12.1. A vákuum eljárás A beton szilárdságára a víz-cementtényező nagy hatást gyakorol, sűrű vas-szerelés közé azonban nem lehet bejuttatni csak a képlékeny, esetleg a gyengén képlékeny betont, amelyik viszont kisebb szilárdságú. A betonnak ezen hibáján igyekszik segíteni a vákuum-eljárás, amelynek lényege az, hogy a bedolgozott beton felületére illesztett, vagy abba bemerített vá-kuumkamrán keresztül levegőt és vele együtt vizet szívnak el a betonból. A betonfelületen létesített vákuum hatására a víz a betonból a felület felé elmozdul és a szűrőrétegen át eltávozik. A víz áramlása következtében a




betonban légutak keletkeznek, de ezek a szívás hatására kisebbednek. Szinte teljesen megszűntethetők a vákuummal együtt létrehozott vibrálás által (vibrovákuum eljárás). A vákuumozás a cementszemcsék felületén levő levegőhártyát eltávolítja. Ezáltal meggyorsul a víz behatolása a ce-mentbe. Az eljárás által lehetővé válik, hogy a betont egy folyós betonból állítsák elő, amelyik könnyen bedolgozható, később azonban víz-cementtényezőt jelentősen csökkentik, úgy hogy a beton szilárdsága olyan lesz, mintha eredetileg is földnedves betonból készítették volna. A beton vákuumo-zásának nagy előnye, hogy a vákuumozás befejezése után pár óra múlva a légzáró zsaluzat leszedhető, tehát lényegesen lerövidül a kizsaluzási idő és meggyorsul a szilárdulás. Vákuumozás céljaira megfelelő a szemeloszlási B határgörbét alulról köze-lítő folytonos szemmegoszlású adalékanyag. A beton közelítően telített legyen. A víz-cementtényező ne legyen 0,55-nél nagyobb. A vákuumozást legkésőbb a kötési idő kezdete előtt meg kell kezdeni. A vákuumozás során elszívott víz mennyisége függ a vákuumozás mér-tékétől, a beton összetételétől, az elem vastagságától és az elszívás tarta-mától. A vákuum célszerű mértéke 26,7x103…41,3x103 Pa. A 200 mm-nél vastagabb elemeket két oldalról kell vákuumozni. Általában elegendő a keverővíz 20-30%-át vastagabb elemek esetén 15-20%-át elszívni.

4.12.2. A pörgetett beton Az ún. pörgetett betont elsősorban körszimmetrikus vasbeton csövek vasbeton lámpa- és távvezeték oszlopok előállítására használják fel. Lé-nyege az, hogy a henger alakú fémsablont nagy sebességgel forgatják, és így a sablonba adagolt friss betont a centrifugális erő a zsaluzat falához nyomja, miközben a felesleges vizet a betonból kiszorítja. Így olyan beton állítható elő, amelyik néhány órán belül kizsaluzható, vízzáró és tömör. Az eljárás során számolni kell a beton anyagainak bizonyos szétkeveredésével, így pl. kívül helyezkednek el a durva adalékszemek, azon belül fokozato-san egyre kisebbek, és végül a cementpép. Ennek megfelelően a kereszt-metszet mentén kívül a cementtartalom mintegy 400 kg/m3 és bent pedig az 1000 kg/m3-t is elérheti. A keresztmetszet mentén ennek megfelelően a beton szilárdsága is változik. A pörgetés közben a kerületi sebesség 250-500 m/sec, a pörgetési idő 10-15 perc.




4.12.3. A prepakt beton és kolkrét beton Mindkét eljárás olyan betonozási módszer, amely során a cementhabarcsot a zsaluzatba előre elhelyezett durva adalékanyag hézagai közé sajtolják be. Mindkét eljárás előnyösen alkalmazható víz alatti betonozáskor, fúrt cölö-pök, nagytömegű betonok készítése során. A prepakt betonhoz rendszerint 15-20 mm-nél nagyobb szemnagyságú kavicsot dolgoznak be a zsaluzat közé, és eközé sajtolják be az 1-2,5 mm legnagyobb szemnagyságú adalékanyaggal készített habarcsot. A habarcs-ban 1 tömegrész cementhez 1-2 tömegrész olyan homokot kell adni, amely legfeljebb 25%-ban 0,2 mm alatti finomhomokot tartalmaz és annyi vizet amennyi a szivattyúzhatósághoz szükséges. Célszerű a konzisztencia javító anyagok használata. Kutak víz alatti záróbeton fenekének elkészíté-séhez jól bevált összetétel:

- 0,1-1,5 mm-es homok 50 tömeg% - őrölt kovakő 16,5 tömeg% - stabilizált Na-bentonit 0,5 tömeg% - portlandcement 33 tömeg%

A prepakt-beton készítése során a cementhabarcsot 25-40 mm belső át-mérőjű perforált acélcsöveken keresztül sajtolják be, és a csövet besajtolás közben fokozatosan visszahúzzák. A csövek távolsága általában 1 m-nél nagyobb, a sajtolónyomás legalább 0,1 N/mm2. A kolkrét eljárás és a prepakt eljárás közötti különbség a habarcs összeté-telében s durva adalék legkisebb szemnagyságában és a kitöltés módjában van. A kolkrét eljárás során a habarcsot 0-2 mm-es, vagy 0-4 mm-es szem-nagyságú homokból, vízből, kötőanyagból és pernyéből, vagy traszból állítják elő. A keverő berendezés két dobból áll. Az egyik dobban előbb a vizet és a kötőanyagot keverik össze, majd egy vékony szájnyíláson keresz-tül átpréselik másik keverődobba, ahol is az adalékanyaggal keveredik ösz-sze. A durva adalékanyag legkisebb szemnagysága 40 mm, de legjobban bevált az 50-70 mm-es adalékanyagból készített váz. A habarcsot az előre elhelyezett durva adalékváz közé a prepakt eljárás során alulról, a kolkrét eljárás során pedig felülről injektálják. Mindkét eljárással előállított betonnak lényege az, hogy a betonnak csak egy részét (kb. 30-40 %-át) kell a betonkeverőben megkeverni és az így előállított beton elég tömör, a zsugorodás nagyon kicsi, mivel az adalékváz a nyomásokat egymásra támaszkodva felveszi.




4.12.4. Ciklop- és úsztatott beton Ciklop betonnak nevezik azt a betonfajtát, amelyik a szokásos betonke-veréken kívül tartalmaz nagyméretű beton- vagy kődarabokat is. A kézi bedolgozású ciklopbetont nevezik úsztatott betonnak. Az ilyen beton elsősorban alapok készítésénél használható fel. A betondarabok nyomó-szilárdsága az előírt betonszilárdságnak legalább a kétszerese legyen. A terméskő nyomószilárdsága legalább 50 N/mm2 legyen, de nem szabad erősen vízszívó, repedezett, málló köveket felhasználni. A kövek tömege 10-30 kg között lehet, de legnagyobb méretük is kisebb legyen, mint a betontest legkisebb méretének a fele. 1m3 betonba 30-40 % terméskő, illetve kész betondarab helyezhető el. A kövek szennyeződéstől mentesek legyenek és a beépítés előtt jól meg kell azokat tisztítani, télen jégmentesíteni kell. A ciklopbeton készítse során a munkagödröt gondo-san kitisztítják, alsó rétegként mintegy 150 mm vastag betonréteget készí-tenek, azután elhelyezik arra a kőréteget úgy, hogy a kövek között legalább 50 mm hézag legyen. Hasonlóképpen 50 mm hézagnak kell lennie az egymás fölött levő két kősor között is. Befejező rétegként megint egy 150 mm vastagságú réteget betonoznak. A beton legalább képlékeny konzisztenciájú és kissé túltelített legyen.

4.12.5. Vízalatti betonozás Olyan betonozási eljárás, amely során a friss betonkeveréket a vízen át juttatják a betonozás helyére. Víz alatti betonozást csak állóvízben sza-bad végezni. Folyóvízben zsaluzattal, illetőleg szádfalakkal úgy kell kö-rülvenni a munkateret, hogy a víz sebessége elhanyagolható legyen. A víz alatti betonozáshoz CEM I 32,5 vagy CEM I 42,5 portlandcementet hasz-nálnak. Az adalékanyag folytonos szemmegoszlású és kb. a vízzáró beto-nok összetételének megfelelő legyen. A beton minősége legalább C20/25-ös, konzisztenciája pedig képlékeny legyen. A víz alatti betonozásnál szá-mítani kell arra, hogy beton m3-enként mintegy 50 kg cementet a víz ki-mos, tehát ennyivel többet kell adagolni. A víz alatti betonozás elvégezhe-tő vízkiszorításos eljárással, süllyesztő edényekkel, mozgó tölcsérekkel, vagy álló tölcsérekkel és betonszivattyúval. Mindegyik eljárás során be kell tartani azt a szabályt, hogy a tölcsér alja nyúljon bele a már leengedett friss betonba, mert ha a vízen át esik le, ak-kor a víz a cement nagy részét kimossa. Ha pedig résfalas alapozás esetén a beton a bentonitzagyon át esik le, akkor a beton nagymennyiségű bento-nittal keveredik, és szilárdsága igen lecsökken.




4.12.6. Injektálás Az injektálás lényege, hogy a betont a talajban levő kiüregelődésekbe, re-pedésekbe nagy nyomás segítségével sajtolják be. Az injektáláshoz használt cement jó víztartalmú, finomőrlésű, nehezen ülepedő legyen. Agresszív hatások esetén legyen korrózióálló is. Az adalékanyagnak a szokványos követelményeken kívül alkalmazkodnia kell a besajtolandó tér, valamint a szállítócső méreteihez. Ha a csővezeték belső átmérője 125 mm, ill. 200 mm, akkor az adalékanyag legnagyobb szemnagysága kavics esetén 30, ill. 80 mm lehet. A csővezetéken átsajtolt beton habarcsdús, képlékeny kon-zisztenciájú, cementtel túltelített legyen. Előnyös a gömbölyded homokkal készített habarcs, amelyben a 0,5 mm alatti szemek mennyisége 25-35 % és a 0,1 mm alatti szemeké 5-10 %. A sajtolást elősegítik a különböző konzisztencia javító szerek, amelyek a cementpépet plasztikusabbá, szi-vattyúzhatóbbá teszik, és az ülepedést gátolják. Ha a szilárdsági igények kicsik, abban az esetben 5-15 % agyag is adagolható a cementpéphez. Az agyag a centkő szilárdságát lényegesen rontja, ellenben javítja a keskeny repedésekben eltömhető részeknek a mennyiségét. Agyag helyett igen elő-nyösen használható a bentonit agyagásvány. A szivattyúzásra alkalmas beton víz-cementtényezője 0,5-0,6.

4.13. Könnyűbetonok A könnyűbetont a közönséges betonhoz hasonlóan szintén kötőanyagból, vízből és adalékanyagból állítják elő. A könnyűbeton abban különbözik a normál betontól, hogy a porozitása nagyobb, illetőleg tömörsége lényege-sen kisebb. A porozitást alapjában véve kétféleképpen lehet növelni. En-nek megfelelően a könnyűbetonokat két csoportra osztjuk: adalékanyag-gal előállított könnyűbetonok és sejtesített könnyűbetonok. Az ada-lékanyaggal előállított könnyűbetonok esetén rendszerint könnyű adalék-anyagot használnak, és a pórusszerkezetet az adalékanyag tartalmazza. A sejtesített betonok esetén pórusképző anyagot kevernek a betonba, és így alakítják ki a porózusabb szerkezetet. A sejtesített könnyűbetonok azonos testsűrűség esetén nagyobb szilárdságúak, mint az adalékanyaggal készített könnyűbetonok, viszont velük nem lehet olyan szilárdságot elérni, mint a könnyűadalék-anyagos betonokkal.

4.13.1. Adalékanyaggal előállított könnyűbetonok Szerkezetük szempontjából az adalékanyaggal készített könnyűbetonokat két csoportra osztják. Az egyik az egyszemcsés szemszerkezettel előál-




lított könnyűbeton, amelyben a kötőanyag az egyes adalékanyag szem-cséket teljesen körülveszi és azokat az érintkezési pontokon össze is ra-gasztja, de a szemcsék közötti tér kitöltetlen marad és ezáltal a hőszigetelő képességük nő. Adalékanyagául felhasználható olyan kőzetaprításból származó zúzalék, amelynek a testsűrűsége legalább 2600 kg/m3, hézagtér-fogata 1%-nál kisebb. Továbbá a zúzaléknak 10-20 mm szemcseméretű-nek, megfelelő tisztaságúnak és lehetőleg kubikusnak kell lenni. A cement-tartalom kb 200 kg/m3, CEM I 32,5 vagy CEM I 42,5 portlandcement. Cement: adalék arány 1:7 vagy 1:8. a megkevert betont 10 percen belül beöntik a zsaluzatba és az adalékszemek az esés során önmaguktól rende-ződnek. A betont döngölni nem szabad, mert a pép leülepedik. A falakat csak nyomásra kell igénybe venni. A másik a lépcsős, vagy folytonos szemszerkezettel előállított köny-nyűbeton, amelyben a habarcs kitölti a durva adalékváz hézagait. A folytonos szemmegoszlású könnyűbetonhoz 0-30 mm szemnagysá-gú adalékanyagot használnak. A beton szilárdságát a 0-1 mm-ig terjedő szemcsék mennyisége, a cement minősége és mennyisége, valamint a tö-mörítés foka határozza meg. Az optimális szilárdságokat általában akkor kapjuk, ha a 0-1 mm közötti szemcsecsoport mennyiségek az adalékanyag 30-35 %-át teszik ki. A 0-1-es rész lehet zúzott homok, azonban legcélsze-rűbb közönséges természetes homokot használni. Könnyűadalék-anyaggal készített beton esetén a víz-cementtényezőnek közel sincs ilyen szerepe. Ennek oka egyrészt az, hogy a keverővíz egy részét a könnyű adalékanyag felszívja és így a víz-cementtényező pontos értéke nem határozható meg. Másrészt oka az, hogy a könnyűbetont rendszerint adott testsűrűségig tömörítik, és nagy lehet a beton légtartalma. Folytonos szemmegoszlású betonhoz szükséges keverővíz mennyiségét az adalékanyagnak és a cementnek együttes töme-gére szokás vonatkoztatni és víz-szárazadalék tényezőnek nevezik. A keverővíz mennyiségét úgy kell megválasztani, hogy elég legyen a cement hidratációjához és az adalékanyag vízigényének kielégítéséhez. Ez a víz-szárazadalék tényező rendszerint 0,15-0,30 között van attól függően, hogy az adalékanyag vízfelszívása milyen mértékű. A folyamatos szemmegoszlású adalékanyaggal készített betont kényszer-keverőgépben kell megkeverni. A könnyűbeton szilárdságát befolyásol-ja az a körülmény, hogy az alkotórészeket milyen sorrendben adagolják a keverőgépbe. Először a szükséges vízmennyiséget és a száraz adalékanya-got adagolják a keverőbe és azt kb. egy percig keverik. Az így előnedvesí-




tett adalékanyaghoz adják hozzá a szükséges cementmennyiséget és a be-tont további kb. 1,5 percig keverik. Ha így keverik a betont, abban az esetben szilárdsága nagyobb lesz, mintha a közönséges beton készítésekor említett sorrendben adagolják az anyagokat. A gyengén képlékeny konzisztenciájú beton bedolgozható döngöléssel, vibrálással, és nyomással egybekötött vibrálással. A betont addig kell tömöríteni, amíg a kívánt testsűrűséget el nem éri. A tömörítéshez célszerű 5-7000 ford/perc vibrátorokat használni. A szilárdság előrebecslésére többféle képletet dolgoztak ki. Újhelyi kimu-tatta, hogy teherbíró könnyűbetonok esetén használhatók a víz-levegő-cement tényezős képletek és néhány adalékfajtára meghatározta a kísérleti állandókat. A második csoportba sorolt könnyűbetonokkal szemben szilárdsági és testsűrűségi követelményeket támasztanak. A hőszigetelőképességet, ill. a λ hővezetési tényezőt azáltal vehetik figye-lembe, hogy egyféle anyag felhasználása esetén a hővezetési tényező egye-nesen arányos a beton testsűrűségével ( kiszáradt állapotban ). A friss beton tervezése során tehát adottnak kell venni a beton testsűrűsé-gét, és a rendelkezésre álló tömörítő eszköz ismeretében kell a betonössze-tételt megállapítani. Ujhelyi kohóhabsalakos betonokra nomogrammos tervezési módot dolgozott ki. A vízcementtényezőnek nincs meghatározó szerepe. A beton testsűrűsége és szilárdsága közötti összefüggést a tömörítés mértéke és a cementtartalom határozza meg és ezek sorozatát bedolgozási modulus-nak nevezte és B-vel jelölte:

B= T × c

ahol

100ρρρT

BL

BLB ⋅−

= a tömörítés mértéke,

ρB = a betömörített friss beton testsűrűsége kg/m3 ρBL = a laza betonkeverék halmazsűrűsége kg/m3 c = a beton cementtartalma kg/m3. A harmadik csoportba a hőszigetelő könnyűbetonokat soroljuk, ame-lyektől csak minimális szilárdságot, de előírt hővezetési tényezőt, páradif-fúziós tényezőt és kis vízfelvételt kívánnak meg. Ezeket a hőszigetelő




könnyűbetonokat olyan testsűrűségűre kell készíteni, hogy az előírt hőve-zetési tényezőjük biztosítva legyen.

4.13.2. Sejtesített könnyűbetonok Sejtesített könnyűbetonoknak azokat a könnyűbetonokat nevezik, amelyek gáz- vagy habképzők által bevitt pórusok segítségével tesznek könnyűvé. A pórusképzésnek két alapvető módja van, nevezetesen a gázképzés és a habképzés. Ezen túlmenően még egy harmadik módja is lehetséges, nevezetesen ha a pórust nagymennyiségű bevitt víz segítségével hozzák létre. A víz később eltávozik, és a pórusok visszamaradnak. Az előbbieket sejtbetonoknak az utóbbit mikroporitnak nevezik. A sejtbetonok felosztá-sa a pórusképző anyagok és a kötőanyagok szerint, (3.3. táblázat):

4.3. táblázat. Sejtbetonok felosztása a pórusképző-és a kötőanyag szerint

Kötőanyag Pórusképző

cement mész gázképző habképző

pórusbeton habbeton

pórusszilikát habszilikát

A sejtesített könnyűbetonokat az autoklávolás hőmérsékletén, kb. 176 °C hőmérsékleten szilárdítják. Ugyanis a mészből és homokból álló habarcs-nak a szilárdságát természetes szilárdulás esetén csak az adja, hogy a mész visszaalakul kalcium-karbonáttá. Az autoklávolás körülményei között azonban a mész a kovasavval lép reakcióba és kalcium-hidroszilikátok képződnek, közel ugyanolyanok, mint amik a cement szilárdulása folya-mán. Minthogy az a reakció a kvarcszemeknek a felületén játszódik le, azért itt igen finomőrlésű kvarc adalékanyagot kell felhasználni. Kötőanyagul cementet vagy meszet használnak. A cement kötőanyagú gázbetonok és habbetonok szilárdsága két részből tevődik össze, neveze-tesen a cement által nyújtott szilárdságból, valamint a cement szilárdulása folytán felszabaduló kalcium-hidroxid, ill. az oltottmész és kvarc reakció-jából adódó szilárdságból. A gázszilikát és habszilikát előállítása során csak az utóbbi szilárdság jön létre. Az őrölt égetett mész alkalmazása sejtesített könnyűbetonok esetén előnyösebb, mint a mészhidráté, mert az őrölt ége-tett mész oltódás közben nagy mennyiségű vizet von el a habarcsból, és ezzel a sejtváz gyors dermedését idézi elő, és az oltódás során keletkező hő sem veszik el.




Kovasavas adalékanyagul legtöbbször cementfinomságú kvarcőrle-ményt használnak fel. A kvarchomok SiO2 tartalma lehetőleg minél na-gyobb legyen, feltétlenül 80 % felett. Felhasználható kovasavas adalékként a porszénhamu valamint az olajpala őrlemény is. Sejtképzőként gáz- vagy habképző anyagokat használnak fel. Mechanikai pórusképző eljárás legismertebb módja a habképzés. A legelterjedtebb habképző anyagok: enyvgyanta, alumo-szulfonát, hidralizált vér és hidralizált keratin habképzők. Kémiai pórusképző eljárás lényege abból áll, hogy a képlékeny állapot-ban lévő habarcshoz olyan anyagot kevernek, amelyik a habarcsot megke-leszti. Gázfejlesztő anyagként az alumíniumpor, vagy alumíniumpaszta, a hidrogén-szuperoxid és a kalcium-karbid jöhet számításba. Leggyakrabban alumíniumport vagy annak gyors reakciója miatt alumínium pasztát hasz-nálnak, amely mészhidrát hatására az alábbi képlet szerint hidrogéngázt fejleszt:

2Al +3Ca(OH)2 +6 H2O = Ca3 [Al(OH)6]2+ 3H2 ↑

A különböző adalékanyaggal, kötőanyaggal és sejtképzővel gyártó üzemek a fejlődés folyamán többféle gyártási módszert alakítottak ki. A gyártástechnológiák megegyeznek abban, hogy a sejtesített habarcsot az autoklávolás előtt pihentetik. A cementtel készített sejtbetonokat legalább 12 óra hosszat, a mésszel készített sejtbetonokat legalább 4 órán át pihen-tetni kell. A kész gyártmány kialakítható úgy, hogy a sejtképzővel ellátott habarcsot nagyméretű zsaluzatba öntik és a habarcs megmerevedése után feldarabolják, de kialakítható úgy is, hogy a habarcsot a kész termék for-májának megfelelő zsaluzatba öntik és úgy szilárdítják. Kis testsűrűségű mikroporitok előállításához teljesen önthető konziszten-ciájú habarcsot, nagyobb testsűrűségű mikroporitok előállításához pedig földnedves konzisztenciájú habarcsot készítenek. A kis térfogatú mikroporitokat olyan habarcsból kell előállítani, amelyben a megszilárdu-lásig az egyes kvarcszemcsék lebegő állapotban vannak. Ezért ilyen habar-csokat őrölt égetett mésszel lehet készíteni, mert az őrölt égetett mész az oltódás közben nagymennyiségű vizet von el és ezzel egyidejűleg meg is merevedik. A mikroporitokat lényegében ugyanúgy szilárdítják, mint a többi sejtbetont. Ha azonban a kvarchomok helyett aktív, kötőképes ko-vasavat tartalmazó adalékanyagot használnak, amilyen pl. a pernye, abban az esetben az autoklávolás helyett a gőzölés, vagy a természetes szilárdulás is megfelelő szilárdságot biztosít.




4.14. Betonkorrózió, betonvédelem

4.14.1. Betonkorrózió fogalma A korrózió a beton károsodása a külső vagy a belső–kémiai, fizikai-kémiai, biológiai-hatásokra. A belső betonkorrózió független a környezeti hatásoktól. Okozói:

• cement és adalékanyag közti reakció (alkáli-adalék reakció); • az instabil cementkő árkristályosodása ( pl. bauxitcement ); • a cementkő és a kiegészítő anyagok egymásra hatása.

A külső betonkorrózió a betonra kívülről ható anyagok, elektromos áram, vagy biológiai hatások okozta károsodás. A külső károsodás mértéke a beton alkotóitól, a beton szerkezetétől (tömörség, póruseloszlás stb.) az agresszív közegtől, hatásmódjától, intenzitásától és a környezeti tényezők-től (hőmérséklet stb.) függ. Ebből következik, hogy annál ellenállóbb lesz a beton, minél tömörebb, tehát minél nagyobb a vízzárósága és minél kedvezőbb a hézagok összefüggése, minél több cementet tartalmaz, de minél kevesebb mész szabadul fel a hidratáció során. A betonra kívülről ható anyagok által okozott korróziót kémiai-korróziónak nevezik és a hatásmechanizmus szerint négy korrózió-típust különböztetnek meg: Az „A” típusú korróziót a cementkő vegyületei lágyvíz vagy (és) sóoldat-ok hatására végbemenő oldódása vagy átalakulása okozza. A „B” típusú korrózió savak, savanyúan hidralizáló sók, lúgok és báziku-san hidralizáló sók hatására következik be. A „C” típusú korrózió azáltal megy végbe, hogy a hatóanyagok térfogat növekedéssel járó vegyületeket hoznak létre. A „D” típusú korrózió a szerves vegyületek hatására keletkezik.

4.14.2. „A” típusú korrózió α) Kilúgozási korrózió

A ható vegyület a cementkőt alkotó vegyületek oldódását vagy átalaku-lását csak meghatározott kölcsönhatás, pl. kilúgozó hatás esetén okoz-za. A ható közeg agresszivitását a kation minősége és mennyisége, vala-mint a keletkező kalciumvegyület oldékonyságát befolyásoló anion mi-nősége és mennyisége határozza meg.




A kilúgozást okozó, gyakrabban előforduló kationok a nátrium, a káli-um, a kalcium (500 mg/l oldatkoncentrációig), valamint az ionmentes víz. A teljesen tiszta, sómentes, desztillált víz, ipari kondenzált víz, hólé, esővíz, patakok, tavak, folyók, lápok lágyvize káros a betonra. A lágyvíz kismennyiségű oldott anyagot tartalmaz, a telítettségi állapot eléréséig nagy mennyiségű anyagot képes feloldani. Így az ilyen lágy vi-zek a portlandcementtel készült betonokkal érintkezve kioldják a hid-rolízis során felszabaduló kalcium-hidroxidot. A betonban levő kalcium-hidroxid kioldódása maga után vonja a be-ton értékes vegyületeinek, a kalcium-szilikáthidrátoknak és a kalcium-alumináthidrátoknak az elbomlását. A felsorolt vegyületek – mint is-meretes – csak akkor állandók, ha a betonban elegendő mennyiségű kalcium-hidroxid van. A kalcium-szilikáthidrátok és alumináthidrátok elbomlása a beton szilárdságának csökkenéséhez, majd széteséséhez vezet. A kalcium-hidroxid kioldódását a betonból számos tényező sietteti vagy akadályozza, közülük néhányat az alábbiakban ismertetünk: A víz keménysége. Ennek függvényében változik a víz oldóképessége. Kemény, kalciumdús vízben a mészsók kevésbé oldódnak, ezért ilyen vízben ritkán találunk komolyabb korróziót. A víz álló, vagy mozgó jellege. A beton felületén lassan cserélődő víz hatására a kioldásos korrózió olyan lassú lefolyású, hogy azzal gyakor-latilag nem kell számolni. A hordalékmentes (tiszta), lágy folyóvíz kor-rózióveszélyes. Ezzel szemben sok lebegő szemcsét tartalmazó lágy fo-lyóvíz kevésbé veszélyes, mert ezek a szemcsék a beton felületére ra-kódva azt eltömik, és mintegy védőhártyát alkotnak. A csapadékvizek, mint tiszta, lágy folyóvizek a betonfelszínét, beton járófelületeket stb. elroncsolják. A betonból kioldható kalcium-hidroxid mennyisége nagymértékben függ az alkalmazott cementfajtától. A nagy C3S –tartalmú cementek, amelyekből a hidrolízis folyamán sok kalcium-hidroxid keletkezik, nem állnak ellen a lágyvíz hatásának. A lágyvíz oldóképességének csökken-tésére ilyen esetben célszerű heterogéncementet, elsősorban trasz-, portlandcementet alkalmazni. Az ilyen cementtel készült betonban a hidrolízis útján keletkező kalcium-hidroxidot a trasz aktív kovasavja és alumínium-hidroxidja megköti kémiailag, ezzel a kioldódás veszélye csökken.




A beton korának olyan értelemben van szerepe a lágyvíz okozta korró-zióban, hogy a szilárdulás folyamatának előrehaladtával, a beton kötő-anyaga részben tömörebb, gél szerkezetűvé, részben kristályosabb ál-lapotúvá válik és ebben az állapotban a vegyületek oldhatósága, reak-cióképessége kisebb mértékű. A betontömörség hatása: a kalcium-hidroxid kioldása a betonból nagy-mértékben függ a beton porozitásától. Tömör betonból a kioldás igen lassú lefolyású, mivel a víz csak igen lassan hatolhat a beton pórusaiba és így a feloldott kalcium-hidroxid csak igen lassan távozhat el az áramló vízzel. A felület tömörsége védelmet nyújt a lágyvíz behatolá-sával szemben és meggátolja a kalcium-hidroxid kioldását. A nyomás alatt átszivárgó víz hatására nő a korrózió. Az átszivárgó víz kalcium-hidroxidot old ki, magával viszi a külső felületre, ahol elkar-bonátosodik és a finom eloszlású mészkő fehér kivirágzásként jelent-kezik a műtárgy felületén. A kilúgozást befolyásoló anionok többfélék lehetnek: A képződő kalciumvegyület a ható közegben oldódik, a korrózió vég-bemegy (klorid, nitrát, acétát). A képződő kalciumvegyület a ható kö-zegben nem oldódik, ill. oldékonysága kicsi (karbonát, oxalát, sziliko-fluorid). A korrózió mértékét a reakciókörülmények és az új képződmény szer-kezete, eloszlása határozza meg (tartarát, citrát).

β ) Cserebomlási korrózió Az agresszív vegyület kationja a cementkő vegyületeit kedvezőbb tu-lajdonságúvá alakítja, vagy oldódását okozza. A leggyakoribb kationok az ammónium és a magnézium. Talajvizeinkbe magnézium-ion főleg magnézium-szulfátból, magnézi-um-kloridból és magnézium-hidrokarbonátból kerül, amely az ismert módon magnézium-karbonátból képződik. A magnéziumsók általában veszélyesek a betonra, mert a kalciumsókkal cserebomlásba lépnek, pl:

MgCl2 + Ca(OH) 2 = CaCl2 + Mg(OH) 2

A magnézium-hidroxid vízben gyakorlatilag oldhatatlan, a beton póru-saiban, ill. felületén felhalmozódik. Áramló víz a magnézium-hidroxid csapadékot kimossa a betonból. A betonkötőanyagának összes kalci-umtartalma fokozatosan kicserélődik magnéziumra, ami a beton szét-esésére vezet. Az ammónium-ion főleg ipari szennyvizekben, trágyalében, műtrágyá-ban, gázgyárakban fordul elő nagyobb mennyiségben.




Az ammóniumsók veszélyesebbek a magnéziumsóknál, mert egyrészt reakcióba lépésük után ammóniagáz szabadul fel az alábbi egyenletek szerint:

2NH4Cl+Ca(OH)2 = CaCl2+2NH4OH

NH4OH → NH3+H2O

Másrészt a kalcium-hidroxidból keletkező, jól oldódó kalciumsó - CaCl2 - kimosódik a betonból. A két folyamat hatására nagymértékben nő a beton porozitása, ami nagymennyiségű oldat érintkezését segíti elő a betonnal.

4.14.3. „B” típusú korrózió α) Savkorrózió

A savak hatására kétféle reakciómechanizmust különböztetnek meg. A savak roncsoló hatása főleg abból áll, hogy a beton felületén levő kar-bonátos réteget feloldják, és ezáltal a mész kilúgozódását elősegítik. A savak oldóképessége nagyobb, mint a lágyvízé, ezért a savas korrózió nagyobb károkat okoz, mint a lágyvíz. A betont a szervetlen és szerves savak egyformán megtámadják és tönkreteszik. A korrózió olyan savak hatására folyik le leglassabban, amelyek anionjai a kalcium-ionnal old-hatatlan, nem kristályosodó, térfogatban nem növekvő sókat képez-nek. Betonkorróziót okozó leggyakoribb szervetlen savak: kénsav, sósav, salétromsav. Szerves savak közül: ecetsav, tejsav, hangyasav, humusz-sav. Ezzel szemben a szénsavas korróziónak sajátos vonásai vannak, ezért külön foglalkozunk vele. A szénsav (H2CO3) a széndioxidgáz (CO2) vizes oldata. A természetben található kötött formája a CaCO3, MgCO3, FeCO3, stb. Mint ismeretes, szénsav hatására a talajból CaCO3, és MgCO3, oldódhat ki hidrokarbonátok formájában az alábbi egyenletek szerint:

CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2

MgCO3 + CO2 + H2O ↔ Mg(HCO3)2

A hidrátkarbonátokban kötött szénsavat „félig kötött” szénsavnak mondjuk, mert ezek a tömeghatás törvénye értelmében csak akkor ál-landóak, ha a vízben az egyensúlyi állapotnak megfelelő CO2 is oldva van.




A szabad szénsav mennyiségének azt a részét, amely a hidrokarbonát-ok oldatban tartásához szükséges, egyensúlyi szénsavnak, míg az ol-datban levő többi szabad szénsavat agresszív szénsavnak nevezik. Ha tehát a víz szabad szénsavtartalma a hidrokarbonátok koncentrációjá-nak megfelelő egyensúlyi szénsavmennyiséget meghaladja, a szabad szénsav kioldja a betonból a korábban képződött CaCO3 –at és poró-zussá teszi azt. Általában pedig a hidrokarbonát és szabad szénsavtar-talmú víz a cement kötésekor hidrolízis útján keletkezett Ca(OH) 2 -vel reakcióba lép és megbontja a beton kémiai egyensúlyát, ill. a szénsav a kovasavnál erősebb sav lévén, elbontja a kalcium-szilikáthidrátokat is.

β) Lúgkorrózió A lúgok korróziós hatása jóval kisebb mértékű a savakénál. Kiskon-centrációjú lúgos oldatok nem károsak a betonra, hiszen a cement ma-ga is lúgos kémhatású a hidrolízis folyamán keletkezett Ca(OH) 2 –től. A betonra csak az erős lúgoldat ártalmas, mint pl. a tömény NaOH ol-dat, amely elsősorban a kalcium-alumínáthidrátot oldja ki a betonból oldható nátrium-aluminát formában.

3CaO × Al2O3 × 6H2O + 6 NaOH = 2Na3AlO3 + 3Ca(OH) 2 + 6H2O Az egyes klinkerásványok lúgérzékenysége növekvő sorrendben a kö-vetkező:

C3S < C2S < C4AF < C3A

Az ammónium-hidroxid nem károsító hatású.

4.14.4. „C” típusú korrózió α) Térfogat növekedést okozó kémiai reakciók

Az agresszív vegyületek a cementkő alkotóival reakcióba lépnek és az-által nagyobb térfogatú vegyület keletkezik, ami a cementkő szerkeze-tét roncsolja. A leggyakrabban előforduló ionok a szulfát, a benzonát és a fenolát. Szulfát-ion a talajvizekbe a kénsav valamely sójának oldódása útján ke-rül, ill. a talaj egyes kéntartalmú vegyületeinek valamilyen szulfáttá való oxidációja útján. A sók közül a legfontosabbak:

• kalcium-szulfát (CaSO4 x 2 H2O) • nátrium-szulfát (Na2SO4 × 10 H2O) • kálium-szulfát (K2SO4) • magnézium-szulfát (MgSO4 × 7 H2O )




A kéntartalmú vegyületek átalakulásáról legfontosabb folyamat, egy-részt a pirit (FeS2) szemcsék oxidációja vasszulfáttá és kénsavvá:

4FeS2 + 2H2O + 15O2 = 2Fe2(SO4) 3 + 2H2SO4,

másrészt a kéntartalmú szerves anyagok elbomlásakor keletkező hid-rogén (H2S) oxidációja kénsavvá:

2H2S + 4O2 = 2H2SO4

A keletkezett kénsavat a talajban mindig jelenlevő karbonátok átalakít-ják valamilyen szulfáttá pl:

CaMg(CO3)2 +2H2SO4 = CaSO4 + MgSO4 + 2CO2 + 2H2O

Az ipari szennyvizekben főleg az ammónium-szulfát (NH4)2SO4, réz-szulfát (CuSO4), cink-szulfát (ZnSO4), alumínium-szulfát (Al2(SO4)3) és vas szulfát (FeSO4, Fe2(SO4)3) fordul elő. A szulfátos korrózió általá-ban abban különbözik a lágyvíz okozta és cserebomlásos korróziótól, hogy nem kilúgozást, hanem térfogat növekedést okoz. Ez a térfogat növekedés létrejöhet részben a Ca(OH)2 részben a Ca(OH)2 és a 3CaO × Al2O3 × 6H2O együttes hatására. A betonban a szabad mész CaSO4 × 2H2O-t, gipszet képez. Ez a folyamat térfogat növekedéssel jár és a megszilárdult beton szövetszerkezetét szétroncsolja. Ez a roncsoló ha-tás nagymértékben fokozódik, ha a képződött gipsz további reakcióba lép a beton 3CaO2 × Al2O3 × 6H2O tartalmával. A reakció folyamán kalcium-aluminát-szulfáthidrát képződik. Ez a vegyület a cementbaci-lus, a természetben is előfordul, ettrignit néven ismerik. A vegyület 31 molekula vízzel kristályosodik és jelentős térfogat növekedése folytán nagymértékű duzzadási nyomást fejt ki a betonban. A roncsoló hatás akkor keletkezik, ha a szulfátion a már megszilárdult betonnal jut érint-kezésbe, ilyenkor a korábban kialakult szövetszerkezetet feszíti szét. Nem következik be roncsolás, ha a kalcium-szulfát-alumináthidrát képződés a cement kötési folyamatával egyidőben történik, mert ilyen-kor a nagytérfogatú hidrátvegyületek még be tudnak épülni a hidrogén állapotú beton szövetébe.

β) Térfogat növekedést okozó kristályosodás A ható vegyület, oldat formájába felszívódik a pórusokba, majd a be-tonban kikristályosodik, és a beton szerkezetét roncsolja. Ez a folya-mat játszódik le az építőkövek kristályosítási vizsgálata során, amikor is a korróziót mesterségesen hozzuk létre.




Nem valószínű, hogy létrejöhet utak téli sózása esetén. Ez esetben a korrózió azáltal következhet be, hogy az olvasztáshoz szükséges hőt környezetüktől vonják el, így a betonban hirtelen hőmérsékletesést, un. hőlökést okoznak. Az ebből keletkező húzófeszültség meghaladhatja a beton húzószilárdságát, ami repedéshez vezet.

4.14.5. „D” típusú korrózió A szerves vegyületek által okozott korrózió mechanizmusa nem teljesen ismert. Eredetük, vegyi összetételük szerint különbözőképpen hatnak a betonra. A lenolaj, ricinusolaj, vaj, állati zsírok vagyis az észter típusú vegyületek károsan hatnak a betonra. Ezek a vegyületek a beton Ca(OH)2-jával el-szappanosodnak, vagyis az olajok és zsírok vaskomponenseivel szilárdság nélküli sót képeznek. Hosszabb ideig tartó behatásra a beton teljesen meg-lágyul. Más a helyzet az ásványi olajokkal és zsírokkal, amelyek főtöme-gükben s szénhidrogénekből állnak (kenőzsírok, kenőolajok, petróleum stb.). A felsorolt anyagok akkor károsak a betonra, ha a beton porózus, és ezáltal átitatják, vagy pedig, ha az anyagok savtermészetű vegyületeket, mint nafténsavakat, fenolokat tartalmaznak, amelyek a kalcium-ionokkal sókat képezhetnek. A sóképzés a beton elroncsolódásához vezet. A sav-mentes ásványi olajok sem egészen hatástalanok a betonra. A betonba hatolva annak a tulajdonságait (pl. cementkő és adalékanyag tapadása) kedvezőtlenül befolyásolják, de eltávolításuk (pl. kiszárítás) után a beton közelítően visszanyeri eredeti tulajdonságait. Ezért ezt a jelenséget rever-zibilis korróziónak nevezik.

4.14.6. A beton védelme korrózió ellen

A védekezés aktív módjai

Az agresszív víz, olaj stb. elvezetése. Ez az egyik legmegbízhatóbb módja a korrózió elleni védelemnek, de nem mindig alkalmazható. Az agresszív víz közömbösítése ( ez lehetséges vegyi vagy biokémiai úton, de ritkán alkalmazzák). A támadó hatású talajvíz agresszivitásának csökkentésére minden olyan reakció alkalmas, amely a támadó hatást semlegesíti. Így pl. a veszélyes savas hatást darabos mészkővel, vagy dolomittal, égetett mésszel, mészhidráttal, mésztejjel és egyéb hulladék lúgoldatokkal semlegesíteni lehet. A szénsav korróziója ellen a portlandcementhez mészkőlisztet ada-golnak. Védőhatása azon alapszik, hogy a szénsav a kalcium-karbonátból




kalcium-hidrokarbonátot képez és beszivárog a betonba, ahol a kalcium-hidroxiddal reagálva finom eloszlású por formájában kicsapódik ismét, mint kalcium-karbonát és a pórusokat eltömi. Előnyös szénsavhatások ellen a nagyobb cementadagolás is, mert a nagyobb tömörség mellett a több cementből a hidrolízis folyamán több Ca(OH)2 szabadul fel, amely több szénsavat köt meg. Biológiai védelemmel, pl. a szulfát-ion korróziós hatásának kivédése során találkozunk. Ismeretesek olyan baktériumok, amelyek levegőmentes (anaerob) körülmények között a talajvízben levő szulfát-ion kénhidrogénjét (H2S) redukálják. A keletkező kénhidrogén a betonban nem okoz duzzadásos korróziót, vasbetonra azonban káros, mert a vasbetét korrózióját elősegíti.

A védekezés passzív módja

α) A megfelelő cementfajta megválasztása az agresszivitás mértékétől füg-gően. Számításba jöhetnek a kohósalak-portlandcementek és az S 54 jelű szulfátálló portlandcementek.

β) Vízzáró beton készítése. γ) Vízzáró felületi réteg kialakítása

Minden támadó hatás a beton felületén kezdődik, ezért a beton felüle-tének állapota fontos szerepet játszik a korrózió elleni védelemben. A felületi kiképzéstől, bevonattól megkövetelik, hogy vízátnemeresztő, hézagmentes, a felülethez jól tapadó, szilárd, de rugalmas legyen. A fe-lületi védelem közül néhányat röviden az alábbiakban ismertetünk: - A felületi réteg természetes karbonizációja, huzamosabb ideig tartó levegőztetés vastagabb karbonátréteg képződését eredményezi. Ezért célszerű a betont kizsaluzása után levegőn hagyni és csak később beta-karni földdel. A tömött karbonátréteg a sav hatása ellen nem véd, azonban a víz oldó hatása és a mozgó, de kevésbé agresszív víz ron-csoló hatása ellen védelmet nyújt. - Vízzáró cementvakolat készítése kézi eljárással, vagy torkrét eljárás-sal. - Vízüvegbevonat készítése. A vízüveg, mint ismeretes, kovasav tar-talmú, nátrium-metaszilikát oldat (Na2SiO3 × 3 SiO2). Vakolatra, be-tonfelületre felhordva a szabad Ca(OH)2-al kalcium-metaszilikát-hidrátot képez (CaSiO3 × H2O), amely a pórusokat teljesen eltömi és a beszáradás után igen gyorsan jól védő, zomácszerű 1-2 mm vastag be-vonatot ad.




A vízüveget frissen készült felületre kell felvinni, mert levegőn már karbonátosodott rétegen a kalcium-szilikát képződés elmarad, és a vé-dőréteg helyén a vízben oldható Na2SiO3 marad. - Szappanos bevonat készítése. A beton felülete hidrofobbá tehető, ha előbb vizes szappanoldattal, majd utána szervetlen sók (AlCl3, ZnCl2 stb.) oldatával kezelik. A szervetlen sók a nátrium szappanokat oldha-tatlan alumínium-, cink-, kalcium-szappanokká alakítják. A pórusokban kicsapódott szappanok a felületi réteget tartósan vízzáróvá, hidrofóbbá teszik. - Fluátozás: a szabad Ca(OH) 2 tartalmú betonok felületének tömítésé-re, keményebbé tételére vízben oldható fluoridokat használhatnak. A fluoridok zománcszerű, nem fényes bevonatot adnak az alábbi reakció szerint:

2NaF + Ca(OH)2 = CaF2 + 2NaOH

A képződött NaOH a levegő CO2–vel nátrium-karbonátot képez, amelyet az esővíz a felületről lemos. A nátrium-fluorid (NaF) helyett bármely vízoldható fluorid használha-tó, (Na2SiF6, MgSiF6). A védőbevonatot a vízben oldhatatlan kalcium-fluorid (CaF2) képezi. A bevonat igen jól tapad, és jól tömít, vastagsága 2-3 mm. A fluátozásnál szigorúan be kell tartani az óvóintézkedéseket, munka-védelmi előírásokat, mert a fluidok mérgező hatásúak. - Okratálás: a védőhatás szintén a CaF2 képződésén alapszik, lényegét az alábbi folyamat világítja meg:

2Ca(OH)2 + SiF4 = 2CaF2 + Si(OH)4

Igen nagy előnye, hogy a szilícium-tetrafluorid (SiF4) gáznemű vegyület és így előzetes vákuumozás után tetszés szerinti nyomással megfelelő vastagságú réteget itat át. Az így kezelt beton nemcsak a szulfátkorró-ziónak, hanem igen nagy töménységű savak huzamosabb ideig tartó hatásának is ellenáll. Az okratált betonban az acélszerkezet nem károsodik. Főleg előregyártott betontestek, mint nyomócsövek, csatornacsövek, cölö-pök, burkolóalapok stb. védelméhez alkalmazzák. - Bitumen bevonatok: talajnedvesség, savat és más agresszív anyagot tartalmazó talajvíz ellen igen jó védelmet nyújt a bitumenbevonat. Háromféle módon használható felületek bevonására:




• meleg állapotban, • vizes bitumenemulzió alakjában, • szerves oldószerben oldva.

Bitumenszigetelés nem alkalmazható abban az esetben, ha a felülettel érintkező anyag a bitument oldja, mint pl. benzol, széntetraklorid, fe-nol-homologok, éterek, ásványi-olaj származékok, zsírok stb. A meleg (forró) bitument, száraz, pormentes felületre kell hordani, két-három rétegben. A poros, nedves felületre felhordott bitumen lepereg a por-réteg rossz tapadása, ill. a keletkezett vízgőz-pára feszítő hatása foly-tán. A vizes bitumen-emulzió nedves felületre is felhordható, az emul-ziós rétegből a víz elpárolog, a bitumenszemcsék összetapadnak, és összefüggő réteget képeznek (kicsapódás). Az emulzió kicsapódása a környezet hőmérsékletének és páratartalmának függvénye, nyáron szá-raz melegben 1-2 nap, hűvös-nyirkos időben 5-6 nap. A bitumenes szigetelés benzinben, benzolban, kőolajban oldott bitumen fedőmázat készítenek. Sav és lúgálló védőréteg kialakítása műgyanta bevonattal (a műgyanta több rétegben hordandó fel és tartalmazhat a szilárdság növelése céljá-ból üveggyapot adalékot is). A felület hidrofobizálása szilikonlakk ke-néssel is lehetséges.

δ) Különlegesen erős korrózió esetén védőburkoló lapok elhelyezése sav- és lúgálló anyagokból (keramit, üveg, kőagyag, klinker, csempe, ólom stb.). Arra, hogy a fenti védekezési módok közül melyiket kell választani, az „Építményszerkezetek korrózióvédelme” és az „Irányelvek a korró-zióvédelem tervezéséhez” műszaki irányelv tartalmazza.

4.15. Betontervezés A beton általános jelölése az idők során változott. A régi terveken a maitól eltérő jelölések láthatók. Azért, hogy ezeket értelmezni tudjuk, az összes eddig előforduló jelölést ismertetjük. Valamennyi jelölési módnál a beton nyomószilárdságát mutató szám volt a legfontosabb jellemző, de ez a szám a különböző jelöléseknél más és más értelmezéssel bírt. Kronológiai sorrendben – a beton nyomószilárdságától függően – az alábbi betonjelölésekkel találkozhatunk:

- legrégebben a 28 napos, 200x200 mm élhosszúságú kockán mért átlagszilárdságot jelölték, pl. B 200,




- majd a 150mm átmérőjű és 300 mm magas hengeren és végül ma a 150x150 mm élhosszúságú kockán mért 28 napos kü-szöbszilárdságot tekintettük, ill. tekintjük a beton nyomószi-lárdságának, pl. C25/30.

- Kronológiai sorrendben – a beton nyomószilárdságától függő-en - az alábbi betonjelölésekkel találkozhatunk:

- A régi szabvány szerinti betonjelölésben - pl. B 200- ban a „B” betűjel a beton testsűrűségét-, (2000-2500 kg/m3), a 200 pedig az átlagos nyomószilárdságát jelölte kp/cm2-ben. Ez az SI-rendszerben a 20N/mm2–es szilárdságra változott. A gyakor-latban a szabvány ma az utóbbi kettőt, azaz a hengeren (C), és a kis kockán mért nyomószilárdság küszöbértékét adja meg, ami egyben a két próbatesten mért eredmény megfeleltetését is jelenti, pl. C25/30, ahol a 25 a hengeren, a 30 a kis kockán mért nyomószilárdság küszöbértékét jelöli N/mm2-ben.

A nyomószilárdságon kívül a beton egyéb tulajdonságait a régi, de még mindig érvényben levő MSZ 4720 szerint az alábbi módon jelölték, pl.:

C25/30-24/kk-f50-vz4

ahol a 24 az adalékanyag maximális szemnagyságára-, a kk a kissé képlé-keny konzisztenciára-, az f50 a fagyállóság-, míg a vz4 a vízzáróság foko-zatára utal.

Az új Msz 4798 szerint a beton jelölése a korróziós kockázat, a karbo-nátosodás-, a tengervízből-, ill. a nem tengervízből származó klorid-, a fagyás-olvadás-, agresszív kémiai hatás-, koptatóhatás- és víznyomás okoz-ta kémiai korróziós kockázat függvényében adható csak meg, (lásd később a 3.14., 3.15., 3.16. táblázat).

pl.: C25/30-XC3-24-S2-Msz 4798-1:2004, ahol a: C25/30 a közönséges beton nyomószilárdságát-, XC3 a környezeti osztályt-, 24 a dmax értékét-, S2 a roskadással mért konzisztenciát-, jelöli. A régi és az új betonszabvány szerinti betontervezés jelentősen külön-

bözik egymástól. A régi szabvány elsősorban szilárdsági alapon írta elő a beton tervezését, az új szabvány a kitéti hatások figyelembevételével terve-




zi meg a betont. Ebből az adódik, hogy gyakorlatilag ma a C20/25 a legki-sebb szilárdságú beton ami betervezhető.

4.15.1. Betontervezés az MSZ 4720 szerint

A betontervezés egy előírt minőségű, ill. tulajdonságokkal bíró beton ösz-szetételének, azaz a betont alkotó adalékanyag, cement, víz, levegő aránya-inak meghatározását jelenti. A beton alapanyagait, a beton tulajdonságait és az egyes tulajdonságokat eldöntő tényezőket megismerve belátható, hogy a beton összetételének, illetve tulajdonságainak megtervezése bonyo-lult feladat. Még inkább az ha mindazokat a feltételeket, műveleteket és tényezőket is felsorakoztatnánk, amelyek egy-egy konkrét vasbeton szer-kezet (feszített betonszerkezet) elkészítése közben a betonra vonatkoznak. A betontervezést régen a nyomószilárdság szempontjából vizsgáltuk, és a számtalan módszer közül az egyenletekkel (matematikai úton) való terve-zés Bolomey-Palotás módszerét ismertetjük. Az egyenletekkel egyszerűen és áttekintéssel lehet tervezni, szinte átfogva az előzőekben megismert összefüggéseket a betonalkotók fő hatásait ille-tően. Kis számú változót vesznek figyelembe, de az lényeges, hogy a ter-vező ismerje a képletek adta lehetőségek korlátjait. A betonösszetételen az 1 m3 tömörített betonban levő alkotók mennyisé-gét értjük kg/m3-ben, ill- liter/m3-ben. A keverési arány a betonkeverék alkotóinak tömeg szerinti aránya a cement tömegéhez viszonyítva, azaz:

a:c:vgadalékanya:cement:víz →

„c”-vel végigosztva kapjuk a

ca:1:

cv összefüggést

4.15.2. A betontervezés legfontosabb kerületi feltételei 1. Tervezés során az első feladat a tervezési szilárdság meghatározása a 4.4….4.6. táblázatok és a 4.28. ábra segítségével, majd ennek függvényé-ben a cementfajta kiválasztása. Erről a vonatkozó szabványok intézked-nek. Ha más megkötöttség nincs, akkor a cement minőségét a 4.7. táblázat alapján választjuk ki. 2. Az adalékanyag finomsági modulusát az MSZ szerinti határgörbék alap-ján kell meghatározni a dmax függvényében.




3. A szerkezettől és a kívánt betonminőségtől függő minimális cementtar-talmat előírás szabályozza, lásd a 4.8. táblázatot. 4. A megengedett maximális víz-cementtényező értékeit szintén előírások szabályozzák, lássd a 4.9. táblázatot. 5. A bedolgozott friss beton maximális levegőtartalma a 4.10. táblázat szerinti értékű lehet.

4.4. táblázat. A szilárdság eloszlásától függő „k” tényező

Áll. nyomó szilárdság N/mm2

5 7 10 14 20 28 40 50 56

k 0,77 0,81 0,87 0,92 1,00 1,08 1,19 1,27 1,31

4.5. táblázat. A próbatestek számától függő „t” tényező

A p

róba

-te

stek

sz

áma

(n)

3 10 12 14 16 18 20 25 30 40 >41

t 2,28 1,79 1,77 1,75 1,73 1,72 1,71 1,70 1,69 1,68 1,645

4.6. táblázat. A kocka- és a hengerszilárdság közötti átszámítás

Rnom C8 C10 C12 C16 C20 C25 C30 C35 Rterv 9,0 12,0 14,0 19,0 24,0 28,0 33,0 38,0




4.28. ábra. A betonszilárdság szórása a munkahely típusának

függvényében

4.7. táblázat. A cement megválasztása a beton átlagszilárdságától függően

Cement minőség

A beton átlagszilárdsága (N/mm2)

5,0 7,0 10,0 14,0 20,0 28,0 40,0 56,0 25 esetleg 35 esetleg esetleg 45 esetleg esetleg 55 esetleg

4.8. táblázat. A vasbetonszerkezetek megengedett legkisebb cementtartalma az adalékanyag maximális szemnagysága függvényében




Az előírt legkisebb cementtartalom kg/m3 ha az adalékanyag I. osztályú II. osztályú I. osztályú II. osztályú

Az adalék-anyag ma-ximális szemnagysá-ga időjárásnak kitett szerkezet időjárástól védett szerkezet

8 290 320 260 290 16 260 290 230 260 32 240 260 210 230 63 210 220 190 200

4.9. táblázat. A megengedett legnagyobb víz-cementtényező

Víz-cementtényező (v/c) Környezeti hatások ill. rendeltetés és igénybevétel Nagytömegű szer-

kezet Karcsú szerkezet

Vasbeton korrózióvédelem 0,7 0,70 Fagyhatás többnyire száraz, ritkán nedves állapotban 0,70 0,55 Fagyhatás többnyire nedves állapotban 0,55 0,50 Szélsőséges időjárásnak kitett szerkezet 0,50 0,45 Vízzáró tömegbeton 0,70 0,70 Fokozott ellenálló képesség gyenge vegyi hatás ellen 0,55 0,55 Fokozott ellenálló képesség erős vegyi hatás ellen 0,45 0,45 Fokozott kopásállóság 0,50 0,45

4.10. táblázat. A bedolgozott friss beton megengedett legnagyobb levegőtartalma %-ban




A beton konzisztenciája A beton átlag szilárdsága N/mm2

FN KK K F

5 8 6 4 2 7 7 5 3 2 10 6 4 3 2 14 5 4 3 2 20 4 3 2 1 28 3 3 2 1 40 2 2 1 0 56 2 1 0 0

4.15.3. A betontervezés lépései A betontervezés menetét lépésről lépésre ismertetjük. A minősítési értékből meghatározzuk a tervezendő küszöbszilárdságot, 4.29. ábra.

stkRR nomterv ⋅⋅+=

Ahol: Rnom a minősítési érték, azaz a beton jelében szereplő szám – pl. C 20 akkor 20 N/mm2 k a szilárdság eloszlásától függő tényező, lásd a 4.4. táblázatban t a minősítéshez használt próbakockák számától függő tényező, lásd a 4.5. táblázatban s a betonozó helyre jellemző szórás, melyet a 4.28. ábra szerint kell felvenni;




4.29. ábra. A tervezendő átlagos kockaszilárdság meghatározása

A Bolomey-Palotás-képletből kiszámítjuk a víz-cementtényezőt az

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= B

x1AR terv összefüggésből, ahol

Rterv a tervezési szilárdság; x a víz-cementtényező; A a cementfajtától és a betonkészítés körülményeitől (4.10. táblázat); B a cement minőségétől függő állandó (4.10. táblázat). „A” és „B” értékeit normál kavicsbetonok esetén a következőképpen kell felvenni:

4.11. táblázat. „A” és „B” tényezők értékei

Cement nyomószilárdsága

A B

52,5 27,5 42,5 22,0 32,5 17,0 22,5 12,5

0,3

Fentiek ismeretében a víz-cementtényező (x) meghatározható. A víz-cementtényezőt módosítjuk, ill. redukáljuk a konzisztenciától, az alkalma-zott cement minőségétől és az adalékanyag maximális szemnagyságától függően. A tényleges víz-cementtényező redukálása:




100 hhh

xx⋅⋅

= ahol

x = víz-cementtényező x0 = redukált víz-cementtényező hk = betonkonzisztenciától függő hígítási tényező hc = cement minőségétől függő vízigény tényező ha = adalékanyag max. szemnagyságától (dmax) függő tényező

4.12. táblázat. hk, hc és ha értékei

hk értékei Földnedves konzisztencia esetén 1,00 Kissé képlékeny konzisztencia esetén 1,15 Képlékeny konzisztencia esetén 1,25 Folyós konzisztencia esetén 1,35 hc értékei CEM 52,5 pc. használata esetén 1,00 CEM 42,5 pc. használata esetén 1,00 CEM 32,5 pc. használata esetén 1,04 CEM 22,5 pc. használata esetén 1,07 ha értékei Ha dmax = 8 mm, akkor 0,95 Ha dmax = 16 mm, akkor 0,98 Ha dmax = 24 mm, akkor 1,00 Ha dmax = 32 mm, akkor 1,02 Ha dmax = 63 mm, akkor 1,07

A cementmennyiség és az adalékanyag finomsági mérőszámának meghatá-rozásához a Palotás-féle összefüggést használjuk fel. Ehhez egy egyenlet áll rendelkezésünkre:

m)(11m230,1x

c0 −+=

Ahol: mc = a cement tömege és m = a felhasznált adalékanyag finomsági modulusa.




Ebből a képletből próbálgatással lehet a két ismeretlent kiszámítani. A megoldás akkor helyes, ha „m” az optimális finomsági mérőszám körüli értékű lesz, azaz teljesül a 0,89 m0 ≤ m ≤ 1,07 m0 feltétel, ahol m0 az op-timális finomsági modulus, amit közelítőleg az m0 = 2,66 lgdmax + 2,2 + 0,0028c összefüggésekből lehet iterációval kiszá-mítani. Ellenőrizni kell, hogy a kapott (mc) cementmennyiség kielégíti-e az 5. táb-lázatban közölt minimális cementigényt.

Kiszámítjuk a cementmennyiség (mc) és a víz-cementtényező )cv(x =

ismeretében a szükséges vízmennyiséget: v = c x Kiszámítjuk az adalékanyag mennyiségét, feltételezve, hogy a betonba bevitt anyagok tömör térfogata, valamint a levegőtartalma együtt 1000 l-t tesz ki. A levegő térfogata 0,0-8,0%-ra, tehát 0-80 l-re tehető. Így az alko-tóanyagok sűrűségének ismeretében az adalékanyag mennyisége az

LAvc

VρA

ρv

ρc1000 +++=

Összefüggésből számítható, mivel innen már csak az „A” ismeretlen. Az anyagsűrűségek tájékoztatóul a fenti számításhoz a következők, (4.12. táb-lázat):

4.13. táblázat. Anyagsűrűség értékek a betontervezéshez

a) cementek sűrűsége: cement fajtája 3.20 g/cm3 (portlandce-ment)

CEM I 32,5 CEM I 42,5 CEM I 32,5 S 3,20 g/cm3 (szulfátálló

cement) CEM I 42,5 S CEM II 42,5 /A-S 3,15 g/cm3 (kohósalak

portlandcement) CEM II 42.5 /B-S 3,10 g/cm3 (pernye- port-landcement)

CEM II 42,5/A-V CEM II 42,5/A-W

3,05 g/cm3 (kohósalak- portlandcement)

CEM II 32,5/A-S CEM II 32.5 /B-S




b) adalékanyagok: Folyami homok és kavics 2,60-2,65 g/cm3 Tömött mészkő 2,60-2,80 g/cm3 Bazalt 2,90 g/cm3 Andezit 2,20-2,80 g/cm3

A következő lépésben kiszámítjuk az m finomsági modulus eléréséhez szükséges adalékanyag frakció részarányait. Feltételezzük, hogy a homok nedvességtartalma kb. 4%, a kavicsé pedig 0,5% és ennek megfelelően korrigáljuk az adalékanyag és a keverővíz mennyiségét. Végül meghatározzuk a friss beton számított készítési testsűrűségét. A kiszámított betonösszetétel alapján elkészítjük a kimérési tervet.

4.15.4. Mintapélda a beton tervezéséhez az MSZ 4720 szerint. C 25-16/KK jelű kavicsbeton tervezendő, amelyet ipari épület monolit vb. födéméhez fognak felhasználni. A munkahely színvonala „B”. A próbates-tek száma > 41db. A minősítési értékből meghatározzuk az átlagos szilárdságot. A szerkezet időjárástól védett, a felhasznált adalékanyag I. osztályú.

A tervezési átlagszilárdság:

stkRR nomterv ⋅⋅+=

ahol: Rnom - a beton jelében szereplő minősítési érték, példánkban 25 N/mm2. Az időközben megváltozott szabvány miatt a kocka és a cilinder próbatestek közötti átszámítás miatt az Rknom értékét a 4.6. táblázat szerint növelt értékkel kell felvenni, Rterv=28N/mm2. k - a szilárdság eloszlásától függő állandó, értékét az 4.4. táblázatból vá-lasztjuk ki. Az előzetes becslés szerint a nyomószilárdság kb. 30 N/mm2 kell legyen, így k = 1,1 (becsléssel választva). t – a próbatestek számától függő tényező. Értékét a 4.5.. táblázatból vá-lasztjuk ki, és betontervezéskor 1,645-nek vesszük t > 41 db; s – a betonozó helyre jellemző szórás, amelyet a 4.28. ábra szerint lehet felvenni. „B” munkahely esetében, ha az átlagos nyomószilárdság 20 N/mm2-nél nagyobb,




s = 4 N/mm2,

Fentiekből: 2terv 35,2N/mm41,6451,128R =⋅⋅+=

Ehhez „k” pontos értéke interpolációval az 4.4. táblázatból → k = 1,14. Ezzel számítva a tervezési átlagszilárdságot:

2terv 35,5N/mm41,6451,1428R =⋅⋅+=

A tervezési átlagszilárdság kerekítve:

Rterv = 36 N/mm2

Tehát 36 N/mm2 átlagszilárdságú betont kell terveznünk ahhoz, hogy a beton szilárdsága (a mai előírásoknak megfelelően) 95%-os valószínűség-gel elérje a megkívánt 25N/mm2-es nyomószilárdságot. A Bolomey-Palotás-képletből a víz-cementtényező (x):

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= B

x1AR terv

összefüggésből számíthatjuk úgy, hogy A és B értékét a 4.11. táblázatból választjuk, de előbb az Rterv értékétől függően kiválasztjuk a cementek kö-zül a 4.7. táblázat szerint a CEM I 42,5 -ös cementet. Ehhez A = 22,0; B = 0,3 érték tartozik.

Tehát az egyenlet : ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= 3,0

x12263 , ahonnan x-et kifejezve

x = 0,52

Kiszámítjuk a redukált víz-cementtényezőt (x0):

46,098,00,115,1

52,0hhh

xxdck

0 =⋅⋅

=⋅⋅

=

összefüggésből úgy, hogy a 4.12. táblázatból kiválasztjuk hk, hc, hd megfe-lelő értékeit. hk = 1,15 (a KK konzisztenciához) hc = 1,0 (a CEM I 42,5 -es cementhez) hd = 0,98 (a dmax = 16 mm-hez) A cementmennyiség meghatározása:




A cementmennyiség és az adalékanyag finomsági mérőszámának meghatá-rozására egy egyenlet áll rendelkezésünkre, nevezetesen:

m)(11m230,1x

c0 −+= (a)

ahol mc a cement mennyisége kg/m3 m az adalékanyag finomsági modulusa. Ebből az egyenletből a két ismeretlent (mc és m) próbálgatással lehet ki-számítani. A próbálgatás akkor helyes, ha teljesül az alábbi feltétel:

00 1,07mmm0,89 ≤≤⋅ (b)

ahol m0 az optimális finomsági mérőszám és

c0,00282,2lgd2,66m max0 ⋅++⋅= (c)

Amennyiben az optimális finomsági modulusú adalékanyagot akarjuk használni, a két egyenletet (a) és (c) c-re megoldjuk, azaz

)m(11m230,1x 0

c0 −+=

c0,00282,2lg162,66m0 ⋅++⋅=

c = 335,76 kg/m3 ~ 335,8 kg/m3

m0 = 6,34

Egyszerűbb lehetőség, hogy a dmax = 16 mm-es adalékanyag szemszerkeze-ti határgörbéiből kiválasztjuk a használni kívánt görbe finomsági modulu-sát. Legyen ez az A görbe szerinti m = 6,6 finomsági modulusú. Ezt az (a) egyenletbe helyettesítve az egy ismeretlenessé válik:

281,1c6,6)(11c230,10,46 =⇒−+= kg

Ellenőrizzük, hogy meglegyen a minimális cementmennyiség:

c = 281,1 kg > cmin = 230 kg

Ellenőrizzük, hogy a kiválasztott finomsági modulus teljesíti-e a (b) egyen-let szerinti feltételt:




0,89×6,34=5,6<6,60<1,07×6,34=6,8

Kiszámítjuk a víz mennyiségét:

xcvcvx ⋅=⇒=

146,20,52281,1v =⋅= l

Kiszámítjuk az adalékanyag mennyiségét: feltételezve, hogy a betonba bevitt anyagok tömör térfogata, valamint a levegő együtt 1000 l térfogatot ad, a levegő térfogatát a 4.10.táblázat sze-rint 2,0 térf.%-ra, azaz 20 l/m3-re kell felvenni. Az alkotó anyagok sűrűsé-gét a 4.13. táblázatból választhatjuk ki:

Lvc

VρAA

ρv

ρc1000 +++=

202,6A146,2

3,1281,11000 +++=

A = 1932,1 kg

A sűrűségeket a betonkeverékhez a 4.13. táblázatban közöljük. Kiszámítjuk a finomsági modulus eléréséhez szükséges adalékanyag frak-ciók részarányát. Feltételezzük, hogy az adalékanyagot 0-1, 1-4 és 4-16 mm-es szemnagysá-gú frakcióból állítják elő. A szemmegoszlási görbéről leolvasva:

415,41932,10,2151(21,5%)0 =⋅=− kg

512,01932,10,2654(26,5%)1 =⋅=− kg

1004,71932,10,52016(52,0%)4 =⋅=− kg

∑= 1932,1kg

Feltételezzük. hogy a homok nedvességtartalma 4%, a kavicsé pedig 0,5%. Ennek megfelelően korrigáljuk az adalékanyag és a keverővíz mennyiségét.

0-1 mm-es szemnagyságban levő víz: 415,4 kg . 0,04 = 16,6 l






∑= 1,24 l

Korrigált adalékanyag mennyiségek:

0-1 mm-es szemnagyság 415,4 +16,6 = 432,0 kg



∑= 2,1974 kg

A korrigált vízmennyiség:

146,2-42,1 = 104,1 l

Meghatározzuk a friss beton számított készítési testsűrűségét:

2359,41974,2104,1281,1ρ tb =++= kg/m3

(Ha a betont később dolgozzák be, például nyitott járműben szállítják, párolgási veszteséggel is kell számolni, és a keverővizet ennek megfelelően kell korrigálni.) Például a párolgási veszteség Wp = 0,2 tömeg%, akkor az elpárolgott víz-mennyiség:

4,70,0022359,4 =⋅ l

108,84,7104,1 =+ l a számított betonösszetétel alapján a kimérési terv a következő:

Cement, CEM I 42,5: c = 281,1kg Víz: v = 108,8 l Adalékanyag 0-1 a1 = 432,0 kg 1-4 a4 = 532,5 kg 4-16 a16 = 1009,7 kg Σ adalékanyag: a =1974,2 kg.

Beton: =2359,4 kg/m3




4.15.5. BETONTERVEZÉS AZ MSZ 4798 SZERINT Látható, hogy a betontervezést és készítést korábban a szükséges 28 napos nyomószilárdság határozta meg. Ezt a szerkezetet terhelő mechanikai igénybevételekből kellett - megfelelő biztonsággal - meghatározni. Ez a módszer ma már csak környezeti hatásoktól védett betonoknál elégséges. A tapasztalatok azt mutatják, hogy a beton előbb megy tönkre különféle környezeti károsító hatásoktól mint teherbírási elégtelenségétől. A külön-böző környezeti károsító hatások származhatnak:

• kedvezőtlen hatású külső reakciókból, pl.: klorid, széndioxid, szulfá-tok,

• kedvezőtlen hatású belső reakciókból, pl.: cementpép és adalékanyag közötti alkáli duzzadás,

• kedvezőtlen fizikai hatások, pl.: fagyás-olvadás, nagy hőmérsékletvál-tozások, kiszáradás-átázás, koptatás,

• kedvezőtlen mechanikai hatások, pl. túlterhelés, fáradás.

A beton élettartamát fenti hatásokkal szembeni ellenállása határozza meg. Az EN (európai uniós) szabvány ezeket az igénybevételeket, az un. kitéti (környezeti) osztályok szerint csoportosítja, 4.14. táblázat. A 4.15. táblá-zat a kitéti (környezeti) osztályokat adja meg a talaj, ill. a talajvíz kémiai korróziót okozó jellemzőinek értékeitől függően. A 4.16. táblázatban az európai uniós szabványban meg nem adott, de Magyarországon még figye-lembe veendő környezeti, ill. különleges igénybevételi osztályok láthatók. Fenti rendszerbe besorolva a tervezendő betont a 4.17. és a 4.18 tábláza-tok segítségével meghatározható a tervezendő beton legnagyobb víz-cementtényezője, a legkisebb szilárdsági osztálya, a minimális cementtar-talma (kg/m3), a legkisebb levegőtartalma térfogat %-ban, a friss beton megkövetelt testsűrűsége és a kiszárított szilárd beton megkövetelt testsű-rűsége. A betontervezés során az első lépés az alkalmazandó szilárdsági osztály meghatározása, ill. kiválasztása a 4.17. táblázat segítségével. A szilárdsági osztály ismeretében a tervezési szilárdság meghatározása következik. Ter-vezési nyomószilárdság átlagos munkahely figyelembevételével s=5 N/mm2 szórással számítva a kockaszilárdságot 8 N/mm2-tel meghaladó átlagos nyomószilárdságra kell tervezni a betont. Szabványos betonok esetén s=8 N/mm2 szórással számítva a kockaszilárdságot 12 N/mm2-tel




meghaladó átlagos nyomószilárdságra kell tervezni. Tehát egy C25/30-as szabványos beton esetében a tervezési szilárdság:

2terv 32N/mm1230R =+=

4.14. táblázat. Kitéti osztályok

Osz-tály jele

A környezeti hatás leírása Tájékoztató példák a kitéti

(környezeti) osztályok előfordu-lására

1. Nincs korróziós kockázat

X0 Vasalás vagy beágyazott fém nélkü-li beton esetén: valamennyi kör-nyezeti körülmény, kivéve azokat, ahol fagyás/olvadás, koptatás, víznyomás vagy kémiai korrózió fordul elő. Vasbeton vagy beágyazott fémet tartalmazó beton esetén: nagyon száraz.

Vasalás néküli, korróziónak ki nem tett kitöltő és kiegyenlítő beton. Nagyon csekély, legfeljebb 35% relatív páratartalmú épületben lévő vasbeton.

2. Karbonátosodás okozta korrózió Ahol a vasalást vagy más beágyazott fémet tartalmazó beton ki van téve leve-gőnek és nedvességnek, ott a környezeti hatásokat a következők szerint kell osztályozni. MEGJEGYZÉS: A nedvességviszonyok az acélbetéteket vagy más beágyazott féme-ket takaró betonfedésre vonatkoznak, de sok esetben fel lehet tételezni, hogy a beton-fedésben lévő körülmények a környezetet tükrözik. Ezekben az esetekben helyénvaló lehet a környezet osztályozása. Nem ez az eset akkor, amikor a beton és a környezet között elválasztó réteg van.

XC1 Száraz vagy tartósan nedves Csekély relatív páratartalmú épületben lévő beton. Állandóan víz alatt lévő beton.

XC2 Nedves, ritkán száraz Hosszú időn át vízzel érintkező betonfelületek. Sokféle alaptest.

XC3 Mérsékelt nedvesség Mérsékelt vagy nagy relatív páratartalmú épületekben lévő




beton. Esőtől védett, szabad-ban lévő beton.

XC4 Váltakozva nedves és száraz Víznek kitett betonfelületek, amelyek nem tartoznak az XC2 osztályba.

3. A nem tengervízből származó kloridok által okozott korrózió

Amikor a vasbeton vagy más beágyazott fémet tartalmazó beton kloridtartalmú vízzel érintkezik, beleértve a jégolvasztó sózást, akkor az igény-bevételt a következők szerint kell osztályozni. XD1 Mérsékelt nedvesség A levegőből származó klorid-

nak kitett, de jégolvasztó sók-nak ki nem tett beton.

XD2 Nedves, ritkán száraz Úszómedencék. Kloridot tar-talmazó ipari vizeknek kitett, de jégolvasztó sóknak ki nem tett beton. Kloridtartalmú talajvíz-zel érintkező beton.

XD3 Váltakozva nedves és száraz Kloridot tartalmazó permetnek kitett hídelemek. Járdák és út-burkolatok. Autóparkolók födémei.

4. Tengervízből származó klorid által okozott korrózió

Amikor a vasbeton vagy más beágyazott fémet tartalmazó beton tengervízből származó kloridnak vagy tengervízből származó sót tartalmazó levegőnek van kitéve, akkor a kitételt a következők szerint kell osztályozni. Magyarországon csak különleges esetekben használatos környezeti osztály, pl. magyarországi tervező tengerparti országokban tervez vb. szerkezetet XS1 Sós levegőnek kitéve, de nincs

közvetlen érintkezés a tengervízzel Tengerparton vagy annak köze-lében lévő szerkezetek

XS2 Állandóan tengervízbe merülve Tengervízben épült szerkezetek részei

XS3 Árapállyal, felcsapódással vagy permettel érintkező zónák

Tengervízben épült szerkezetek részei

5. Fagyási/olvadási korrózió jégolvasztó anyaggal vagy anélkül

Amikor a beton a fagyási/olvadási ciklusok által okozott jelentős igénybevé-telnek van kitéve nedves állapotban, akkor az igénybevételt a következőkép-




pen kell osztályozni: XF1 Mérsékelt víztelítettség jégolvasztó

anyag nélkül Függőleges betonfelületek eső-nek és fagynak kitéve.

XF2 Mérsékelt víztelítettség jégolvasztó anyaggal

Útépítési szerkezetek függőle-ges betonfelületei, amelyek ki vannak téve fagynak és a levegő által szállított jégolvasztó anyag permetének.

XF3 Nagymérvű víztelítettség jégolvasz-tó anyag nélkül

Esőnek és fagynak kitett víz-szintes betonfelületek.

XF4 Nagymérvű víztelítettség jégolvasz-tó anyaggal vagy tengervízzel

Útburkolatok és hídpályaleme-zek jégolvasztó anyagoknak kitéve. Jégtelenítő anyagok közvetlen permetének és fagy-nak kitett betonfelületek. Fagy-nak kitett tengeri szerkezetek a felcsapódási zónában.

6. Kémiai korrózió

Amikor a beton ki van téve a természetes talajból és talajvízből származó anyagok kémiai korróziójának, ahogyan azt a 4.15. táblázat részletezi, akkor az igénybevételt a következők szerint kell osztályozni. A tengervíz osztályozása a földrajzi helyzettől függ., ezért a betonok felhasználási helyén érvényes osztá-lyozást alkalmazzák. XA1 Enyhén agresszív környezet a 4.15.

táblázat szerint

XA2 Mérsékelten agresszív kémiai kör-nyezet a 4.15. táblázat szerint

XA3 Nagymértékben agresszív kémiai környezet a 4.15. táblázat szerint.




4.15. táblázat. Kitéti (környezeti) osztályok a természetes talaj és talajvíz kémiai korróziót okozó jellemző értékeitől függően

A következőkben osztályozott agresszív kémiai igénybevételek 5 °C és 25 °C közötti hőmérsékletű természetes talajokra, talajvizekre vonatkoznak, amikor a nyugalmi körülményeket megközelítő, elegendően lassú a vízáramlás. Minden egyes kémiai jellemzőre a legveszélyesebb érték határozza meg az osztályt. Ha két vagy több agresszív jellemző ugyanahhoz az osztályhoz vezet, akkor a környezeti hatást a következő magasabb osztályba kell sorolni, hacsak az adott esetre vonatkozó egyedi vizsgálat nem bizonyítja ezt szükségtelennek.

Kémiai jel-lemző

Referencia vizsgálati módszer

XA1 VA2 XA3

Talajvíz

SO42-, mg/l MSZ EN 196-2

>200 és < 600

>600 és <3000

>3000 és <6000

pH ISO 4316 <6,5 és >5,5 <5,5 és >4,5 <4,5 és >4,0

agresszív CO2, mg/l

prEN 13577:1999 >15 és <40 >40 és <100 >100 telíté-

sig

NH4+, mg/l ISO 7150-1 vagy ISO 7150-2

>15 és < 30 >30 és <60 >60 és <100

Mg2+, mg/l ISO 7980 >300 és <1000

>1000 és <3000

>3000 telí-tésig

Talaj

SO42-, ösz-szes, mg/kg

MSZ EN 196-2

>2000 és <3000

>3000 és <12000

>12000 és <24000

Savasság, ml/kg DIN 4030-2

>200

A gyakorlatban nem fordul elő




4.16. táblázat. A 4.14. és a 4.15. táblázatban meg nem jelölt, de Magyarországon még figyelembe veendő környezeti, illetve különleges

igénybevételi osztályok

Az osztály

jele A környezeti hatás leírása Tájékoztató példák a környezeti

osztályok előfordulására

1. Nincs korróziós kockázat

XN(H) Környezeti hatásoknak (ned-vesség, karbonátosodás, kloridhatás, fagyás/olvadás, kémiai korrózió, koptatóhatás vagy víznyomás) nem ellenálló, szilárdsági szempontból alá-rendelt jelentőségű beton.

Korróziónak ki nem tett, kis szilárdságú aljzatbetonok, beton alaprétegek.

X0b(H) Vasalás vagy beágyazott fém nélküli beton esetén: vala-mennyi környezeti körülmény, kivéve azokat, ahol nedvesség, karbonátosodás, kloridhatás, fagyás/olvadás, kémiai korró-zió, koptatóhatás vagy víz-nyomás fordul elő.

Vasalás nélküli, korróziónak ki nem tett kitöltő és kiegyenlítő beton.

X0v(H) Vasbeton vagy beágyazott fémet tartalmazó beton esetén: valamennyi környezeti körül-mény, kivéve azokat, ahol nedvesség, karbonátosodás, kloridhatás, fagyás/olvadás, kémiai korrózió, koptatóhatás vagy víznyomás fordul elő.

Legfeljebb 35% relatív páratar-talmú száraz helyen lévő belső helyiségben vagy levegő hozzáju-tásától teljesen elzárt, száraz he-lyen lévő vasbeton esetén.




7. Koptatóhatás okozta károsodás

Amikor a beton csiszoló, csúszó, gördülő, súrlódó igénybevételnek, ütésnek vagy vízáramlás által mozgatott gördülő hordalék koptató hatásának van kité-ve, akkor az ezekből származó igénybevételt a következők szerint kell osztá-lyozni: XK1(H) Könnyű, szemcsés anyagok

koptató igénybevétele. Gyalo-gos forgalom, puha abroncsú kerekek koptató igénybevétele.

Könnyű adalékanyagok, termé-nyek stb. tárolására alkalmas si-lók, bunkerek, tartályok; járdák, lépcsők, garázspadozatok.

XK2(H) Gördülő igénybevétel okozta koptatóhatás nehéz terhek alatt.

Betonút, durva, nehéz szemcsés anyagok tárolói, gördülő horda-lékkal érintkező betonfelületek.

XK3(H) Csúsztató-gördülő igénybevé-tel okozta koptató hatás igen nehéz terhek alatt.

Repülőtéri kifutópályák, felszál-lópályák, nehézipari szerelőcsar-nokok, konténerátrakó állomá-sok.

XK4(H) Csúszó-gördülő igénybevétel okozta koptató hatás igen nehéz terhek alatt, nagy felületi pontosság és pormentesség igénye esetén.

Nehéz terheknek és targoncafor-galomnak kitett csarnokok és raktárak kemény felületű, por-mentes ipari padlóburkolata.

8. Igénybevétel víznyomás hatására

Amikor a beton ki van téve víznyomás hatásának, akkor az igénybevételt a következők szerint kell osztályozni: XV1(H) Kis üzemi víznyomásnak ki-

tett, legalább 300 mm vasbe-ton, amelynek felületén 24 óra alatt legfeljebb 0,4 liter/m2 víz szivárog át.

Pincefal, csatorna, legfeljebb 1 m magas víztároló medence, áteresz, csapadékcsatorna, záportározó, esővízgyűjtő akna.

XV2(H) Kis üzemi víznyomásnak ki-tett, legfeljebb 300 mm vastag beton vagy nagy üzemi víz-nyomásnak kitett, legalább 300 mm vastag beton, amelyek felületén 24 óra alatt legfeljebb 0,2 liter/m2 víz szivárog át.

Vízépítési szerkezetek, gátak, partfalak, >1m magas víztároló medence, föld alatti garázsok, aluljárók külső határoló szerkeze-tei, külön szigetelőréteg nélkül.




XV3(H) Nagy üzemi víznyomásnak kitett, legfeljebb 300 mm vas-tag beton, amelynek felületén 24 óra alatt legfeljebb 0,1 li-ter/m2 víz szivárog át.

Vasbeton mélygarázsok, alagutak külső határoló szerkezetei, külön szigetelőréteg nélkül.




4.17. táblázat. Ajánlott határértékek a beton összetételére és tulajdonságaira




4.18. táblázat. Előírt határértékek az XN(H), X0b(H), X0v(H), XK…(H) és XV…(H) környezeti osztályokban




Példák a beton MSZ 4798-1:2004 szabvány szerinti jelére Magyarorszá-gon:

1.példa. Annak a C30/37 nyomószilárdsági osztályú betonnak (közönsé-ges betonnak) a jele, amelyből vasbeton keretszerkezet épül (környezeti osztály:XC3), névleges legnagyobb szemnagysága Dmax=24 mm, konzisz-tenciája képlékeny és a tervezés idején ismeretes, hogy a konzisztenciát roskadásméréssel fogják vagy roskadásméréssel kell meghatározni és a roskadási mértéknek 50-90 mm közé kell esnie, tehát konzisztencia osztá-lya S2, a következő:

C30/37-XC3-24-S2-MSZ 4798-1:2004

2.példa. Annak a C30/37 nyomószilárdsági osztályú betonnak (közönsé-ges betonnak) a jele, amelyből vasbeton keretszerkezet épül (környezeti osztály:XC3), névleges legnagyobb szemnagysága Dmax=24 mm, konzisz-tenciája képlékeny és a konzisztencia megnevezése tájékoztató jelleggel – ha a szerkezet tervezési idején a konzisztenciamérés módszerének miben-léte még nem ismert, - „Képlékeny”, a következő:

C30/37-XC3-24-„Képlékeny”-MSZ 4798-1:2004

3.példa. Annak aC30/37 nyomószilárdsági osztályú, légbuborékképző adalékszerrel gyártott (közönséges) betonnak a jele, amelyből fagy és sózás hatásának kitett vasbeton híd pályaszegélye készül (környezeti osz-tály:XF4), névleges legnagyobb szemnagysága Dmax=32 mm, konzisztenci-ája képlékeny és terülési mértéke 420-480 mm közé esik, konzisztencia osztálya F3, a következő:

C30/37-XF4-32-F3-MSZ 4798-1:2004

vagy C30/37-XF4-32-F3(420-480 mm)-MSZ 4798-1:2004

4.példa. Annak a C40/50 nyomószilárdsági osztályú, kopásálló, lég-buborékképző adalékszer nélkül gyártott (közönséges) bazaltbetonnak a jele, amelyből koptatóhatásnak és fagy és sózás hatásának kitett beton térburkolat készül (környezeti osztály:XK3(H) és XF4(H)), névleges leg-nagyobb szemnagysága Dmax=32 mm, konzisztenciája képlékeny és terülési mértéke 420-480 mm közé esik, konzisztencia osztálya F3, a következő:

C40/50-bazalt zúzottkővel-XK3(H)-XF4(H)-32-F3-MSZ 4798-1:2004 vagy




C40/50-bazalt zúzottkővel-XK3(H)-XF4(H)-32-F3(450±30 mm)-MSZ 4798-1:2004

5.példa. Annak az LC12/13 nyomószilárdsági osztályú könnyűbetonnak a jele, amelynek a testsűrűsége szilárd állapotban 1600-1800 kg/m3 közé esik, adalékanyaga duzzasztott agyagkavics, és amelyből könnyűbeton bel-ső teherbíró fal épül (környezeti osztály:X0b(H), névleges legnagyobb szemnagysága Dmax=16 mm, konzisztenciája a kissé képlékeny és a képlé-keny határán van, konzisztencia osztályának jele a tömörítési mérték jelé-vel kifejezve C2, a következő:

LC12/13-ρLC1,8-duzzasztott agyagkaviccsal-X0b(H)-16-C2-MSZ 4798-1:2004 vagy

LC12/13-ρLC1,8-duzzasztott agyagkaviccsal-X0b(H)-16-C2(1,25-1,11)-MSZ 4798-1:2004

6.példa. Annak a C40/50 nyomószilárdsági osztályú (közönséges) be-tonnak a jele, amelyből esőtől védett helyen álló feszített vasbeton gerenda készül (környezeti osztály:XC3), névleges legnagyobb szemnagysága Dmax=24 mm, konzisztenciája képlékeny és terülési mértéke 420-480 mm közé esik, konzisztencia osztálya F3, megengedett kloridtartalma a cement tömegszázalékban kifejezve 0,10 tömeg%, CEM 52,5 szilárdsági osztályú portlandcementtel készül, használati élettartama 100 év, a következő:

C40/50-XC3-24-F3-Cl 0,10-CEM 52,5-100 év-MSZ 4798-1:2004 vagy C40/50-XC3-24-F3 (450±30 mm)-Cl 0,10-CEM 52,5-100 év-MSZ 4798-

1:2004

Építőanyagok II. Az építőelemek



5. Az építőelemek

A fémek kristályos szerkezetű anyagok. A fémek kristályosodása során leggyakrabban kialakuló térrács a köbös térrács, amelynek megjelenési formái: a primitív-, a térközepes- és a lapközepes köbös térrács, (5.1.ai ábrák), a tetragonális (5.1.b. ábra), valamint a hexagonális (5.1.c. ábra).

5.1. ábra. A fémek kristályrács típusai [1]

5.1. A fémek kristályosodása A fémek olvadékból kristályosodnak ki, ezért nem fejlődhetnek ki szabá-lyos kristályok, hanem az un. krisztallitok. A fémek olvadt állapotában az atomok szabálytalan elrendezésűek (a hőenergia legyőzte a rácserőt). Az olvadék hűlésével az olvadáspont közelében a krisztallitok képződése kris-tályosodási középpontok, un. kristálycsírák létrejöttével kezdődik, majd növekedésükkel folytatódik. A kristályosodási képesség külső beavatkozás nélkül, spontán alakul ki. Mérőszáma az olvadék térfogatának egységében az időegység alatt keletkezett csírák száma, tehát csíra/cm3 sec. A kristá-lyosodó képesség az olvadásponton még nulla, további hűlés közben gyorsan nő, majd maximumot ér el és csökken. A kristályosodó képesség-re a lehűlés sebessége, ahogy azt a 5.2. ábra mutatja, döntő hatású. A ki-alakult kristálycsírákhoz további atomok kapcsolódnak és megindul a kris-




tályok növekedése. A kristály időegységben bekövetkező lineáris növeke-dését a kristályosodás sebességének nevezik és egysége a cm/sec. A lehű-lés sebességének nincs döntő szerepe a kristályosodás sebességére, (5.3. ábra).

5.2. ábra. Kristályosodó képesség változása a hőmérséklettel [2]

5.3. ábra. A kristályosodás sebessége a hőmérséklet függvényében [2]

A gyakorlat szempontjából a két jelenség egybevetése igen fontos és tanul-ságos. Lassú lehűléskor kevés csíra képződik, ezek egymástól távol, gyor-san és egyenlőtlenül fejlődnek, a fém tehát egyenlőtlen durva szövetűvé




kristályosodik, ami nem kívánatos. Gyors lehűlés esetén a növekedőképes-ség még kicsi, amikor már sok csíra képződött. Finom, apró és egyenlete-sebb nagyságú krisztallitok fejlődnek ki és a fémszövet finom és egyenletes lesz. A csíraképződés saját fajtájú csírákkal, a fém őrleményével és idegen fajtá-jú csírákkal (egyes szennyezőkkel) mesterségesen is fokozható. A krisztallitok képződése, elhelyezkedése egymástól független, rendezet-len. A sok, mindenféle irányban elhelyezkedő krisztallit végül is azt ered-ményezi, hogy az ilyen szerkezetű fémek szilárdsága, hőtágulási együttha-tója, villamos ellenállása stb. bármelyik irányban mindig ugyanaz, noha az egyes szabályos kristályoké és a szabálytalanul nőtt egyes krisztallitoké irányok szerint különböző (anizotropok). Az olyan elrendezésű anyagokat, amelyeknél a krisztallitok anizotrópiája nem nyilvánul meg, izotrópszerűnek, vagy kvázi izotrópnak nevezzük.

5.2. Az ötvözetek Ötvözeteken olyan, legalább látszatra egynemű, fém természetű anyagot értünk, amely két vagy több fém összeolvasztása vagy egymásban való oldása útján kapható. A fémötvözetek tehát fémfényűek, jó vezetők és kristályos szerkezetűek. Ötvözetet elsősorban fémek alkothatnak egymás-sal, azonban metalloid elemek (antimon, szilícium, szén), nem fémes ele-mek (kén, foszfor), gázok (nitrogén, oxigén) is alkothatnak. Két vagy több fémből, metalloid elemből alkotható ötvözetek összességét ötvözetrend-szernek nevezik. Ezek száma igen nagy, kereken 90 fémtermészetű és metalloid elemből 4000 kétalkotós, 118000 háromalkotós és több millió négyalkotós ötvözetrendszer származtatható.

5.3. A szín fémek és ötvözetek lehűlési görbéi Ha egy anyag szerkezeti változás nélkül hűl le, akkor a hőmérséklet a Newton-féle exponenciális lehűlési törvény szerint változik, (5.4. ábra). Ha egy anyag halmazállapotában hűlés közben változás áll be, akkor a változás hőmérsékletén a lehűlési görbében töréspont jelentkezik, (5.5. ábra). Fé-mek esetében ilyen töréspont megfigyelhető és ezt a lehűlési görbében egy vízszintes lépcső jelzi, ami addig tart, amíg a kristályosodás be nem fejező-dik.




5.4. ábra. Amorf anyag lehűlési görbéje

5.5. ábra. Kristályos szerkezetű anyag lehűlési görbéje

Az állandó hőmérsékletet a fématomok rácsszerkezetté való rendeződésé-vel felszabaduló hő, a látens rejtett hő biztosítja. A kristályosodás befeje-ződése után a fém lehűlése a szabályos, newtoni görbe szerint folytatódik. Egyes anyagoknak többféle kristályos alakja is lehet. Ezt a jelenséget allot-rópiának nevezik. Az anyagok különböző kristályos szerkezetű változatai-ra, módosulataira és jelölésükre a görög kezdőbetűket (α,δ,γ) használják. A vasnak, pl. két allotróp módosulata van. Először 1536 °C-on szabályos térben középpontos rácsszerkezet szerint kristályosodik, (δ-vas) majd 1392 °C hőmérsékleten átalakul lapközepessé (γ-vas) és végül 911 °C-on újból térben középpontos rácsszerkezetűvé válik (α-vas). Így a 5.6. ábra




szerinti lehűlési görbét kapjuk meg. Az átalakulási hőmérsékletek a felfűtés és a lehűtés alkalmával kissé eltérnek egymástól. Ötvözetek lehűlési görbéi a 5.7. ábra szerinti lefutásúak.

5.6. ábra. A vas lehűlési és hevítési görbéje [2]

5.7. ábra. Ötvözetek lehűlési görbéje

5.3.1. A kétalkotós szilárd oldat állapotábrája A kristályosodás egy meghatározott, de általában nem a tiszta alapfém olvadáspontjának hőmérsékletén indul meg és a lehűlési görbén nem egy, hanem két vízszintes szakasz keletkezik. Ilyenkor nem egy tiszta fém kris-tályosodik, hanem az ötvözők alkotta valamilyen, az alkotó fémekétől elté-rő rácsméretű vegyes kristályok keletkeznek. Az első lépcső a lehűlési gör-




bén a kristályosodás kezdetét jelenti (likvidus hőmérséklet), a második vízszintes szakasz pedig a kristályosodás befejeződését jelenti, és szolidusz hőmérsékletnek nevezik. Ha valamely meghatározott ötvözetrendszer kristályosodásának jelenségeit kívánjuk megismerni, akkor a szóban forgó, két fém ötvözeteinek olyan sorozatát kell elkészítenünk és vizsgálnunk, amelyben az ötvözetek alkotó-részeinek mennyisége 10% vagy 5%, esetleg 0,5%-onként változik. Az így kapott sok lehűlési görbéből, a 5.8. ábrán látható módon szerkesztjük meg az ötvözet állapotábráját, fázisdiagramját.

5.8. ábra. Kétalkotós szilárd oldat állapotábrájának szerkesztése [2]

Az állapotábra szerkesztésénél tehát a meghatározott lehűlési görbe törés-pontjait átvetítjük az állapotábrán feltüntetett, megfelelő összetételt jelző függőleges vonalra, majd az így kapott pontokat folyamatos vonallal ösz-szekötjük. A felső görbe a kristályosodás kezdetét meghatározó hőmérsékleti ponto-kat, azaz a folyékony halmazállapot határát jelzi, ezt liquidus görbének, míg a kristályosodás végét, vagyis a szilárd halmazállapot határát jelző vo-nalat pedig solidus görbének nevezzük. Így az I-es mezőben csak folyé-kony, a II-es mezőben folyékony és szilárd és a III-as mezőben csak szi-lárd halmazállapotú ötvözet van jelen. Az állapotábrából ugyanakkor megállapítható, hogy milyen a folyékony és szilárd fázis összetétele és mennyiségi aránya egy bizonyos hőmérsékleten. Ennek szemléltetése céljából, vizsgáljuk meg a 60% A és 40% B kompo-nenst tartalmazó ötvözetet.




Az olvadékot hűtve T1 hőmérsékleten kezdődik meg a kristályosodás, mégpedig az ehhez a hőmérséklethez tartozó, solidus görbén levő, B pontnak megfelelő összetételű kristályok képződésével. A hőmérséklet csökkentésével érjük el a T2 hőfokot, amelynél a folyadék fázis és a kristá-lyosan kiváló szilárd fázis összetétele, az előzőkhöz hasonló módon a C, illetve D pontnak megfelelő. T3 hőfokhoz tartozó E pont a liquidus gör-bén adja az utoljára megszilárduló folyékony részek összetételi arányát. A folyékony és szilárd részek mennyiségi arányát is bármely hőfokon igen könnyen meg lehet állapítani. A hőmérsékletet jelző vonalnak a két görbe közé eső szakaszát a függőleges, ötvözet összetételt jelző vonal két részre osztja. Így pl. T2 hőmérsékleten x és y részre. E két távolság aránya meg-adja a folyékony és szilárd részek súlyarányát T2 hőmérsékleten.

x : y = folyadékrész : szilárdrész

A fenti állapotábra akkor alakul ki, ha két alkotó olvadt és szilárd állapot-ban is korlátlan mennyiségben oldja egymást, azaz szilárd oldatot alkot.

5.3.2. A kétalkotós eutektikus ötvözet állapotábrája Abban az esetben, ha a két alkotó olvadt állapotban minden arányban, szilárd állapotban egyáltalán nem oldódik egymásban és vegyületet sem alkot, a 5.9. ábrán látható állapotban alakul ki.

5.9. ábra. Kétalkotós eutektikus ötvözet állapotábrája [2]

A 5.9. ábrán látható, hogy az E pontnak megfelelő összetétel kivételével, bármilyen összetételű olvadékból indulunk ki, a kristályosodás mindig a színfém kiválásával kezdődik (az 1.pontnak megfelelő hőmérséklet vonal a




2.pontban metszi a solidus vonalat). Az olvadék összetétele fokozatosan az E pont felé tolódik el. E pontnak megfelelő hőmérsékleten (eutektikus hőmérséklet) a liquidus görbe eléri a solidus görbét, az olvadék teljes egé-szében megszilárdul, „befagy”, eutektikum képződik. Látható, hogy lénye-gében egy heterogén szövetszerkezet keletkezik.

5.4. A vas-szén ötvözetek egyensúlyi állapota A vas tulajdonságait meghatározó kristályszerkezet kialakulását döntő mértékben vegyi összetétele (ötvözetei) és a készítés technológiája hatá-rozza meg. Az 5.6. ábrán bemutattuk a színvas egyensúlyi átalakulását. Ez azonban kevésbé érdekel bennünket, minthogy szerkezeti elemként a színvasat nem használják fel. A vas legfontosabb ötvözője a szén. A kristályszerkezetek kialakulásának jobb megérthetősége érdekében megszerkeszthető a vas-szénötvözetek állapotábrája. A szerkesztésnek kiindulási feltétele, hogy a lehűtést nagyon lassan hajtják végre, másrészt ötvözőként csak a szén szerepel, (4.10. ábra).

5.10. ábra. Vas-szén ötvözetek állapotábrája [3]

Az ABCD vonal fölött a fém olvadt állapotban van. A kikristályosodás során a szén a vasötvözetekben kétféle alakban fordul elő: szabad állapot-ban elemi szén (grafit vagy temperszén), vagy pedig vas-szén vegyület (vaskarbid, Fe3C) formájában. Ennek megfelelően megkülönböztetnek




grafitrendszert (Fe-C), amelyet stabilisrendszernek is neveznek; és karbid-rendszert (Fe-Fe3C), amelyet metastabilis állapotban levő ötvözetnek ne-veznek, mivel az elemi szén bizonyos körülmények között leválasztható. A kis széntartalmú ötvözetek, az acélfajták, a szokványos üzemi körülmé-nyek között metastabil (karbid) rendszerben, a nagy széntartalmú ötvöze-tek lassú lehűlés esetén grafitrendszerben, míg gyors lehűlés esetén karbid-rendszerben kristályosodnak. Az atomsúlyokból következik, hogy a vaskarbidba maximálisan 6,67 tö-meg% szén épülhet be. Ha a széntartalom ennél kisebb, akkor színvas és vaskarbid, ha a széntartalom ennél nagyobb, akkor vaskarbid és szén ke-letkezik. A vaskarbid vegyület szövetelemeit cementitnek nevezik. A ce-mentit kemény, nem maratható. A vas-szén ötvözetek egyensúlyi viszo-nyait olyan ábrán érzékeltethetjük, amelyen mind a két rendszert feltüntet-jük. Az ilyen diagramot ikerdiagramnak nevezzük. Az ábrán a metastabil állapotú karbidrendszert jeleztük. Az acél szerkezetének a hőmérséklet hatására bekövetkező átalakulása leolvasható a vas-szén ötvözet állapotábrájáról. Például vizsgáljuk a 5.10. ábrát 0,5% széntartalom esetén. 1535 °C hőmérsékleten δ-vas kristályok kezdenek kiválni. 1490 °C egyensúlyi hőmérsékleten a δ-vas kristályok átalakulnak γ-vas kristályokká, amelyek a folyékony részben levő szénnel ausztenitet képeznek. Kb. 1420 °C hőmérsékleten az egész anyag megszi-lárdul, a vas 0,5% széntartalma a γ-vasban feloldódott. Kb. 760 °C-ig szerkezeti változás a lehűlés során nem következik be. Ezen az egyensúlyi hőmérsékleten a γ-vas kezd α-vassá átalakulni és ferritkristályok keletkez-nek. Ez azt jelenti, hogy az anyag felbomlik szénre és tiszta fémvasra. A kiváló szén a megmaradó γ-vasban oldódik és így az ausztenites rész szén-koncentrációja nő. 723 °C hőmérsékleten a felbomló ausztenit teljesen egészében ferritté (α-vas szövetelemei) és szénné alakul. Az α-vas egy ré-sze és a szén cementitet képez. A cementit az egyidejűleg kiváló ferrittel az un. perlites szövetszerkezetet eredményezi. Végső fokon a 0,5% szenet tartalmazó acél a kb. 760 és 723°C között kivált ferrit és a 723°C-on kelet-kezett perlit keverékéből áll. 4,33% széntartalom esetén a C pontban keletkező, ausztenitből és cemen-titből álló eutektikumot lédeburitnak nevezik. A szövetelemek jellemzői:

• ferrit: tiszta α-vas, leglágyabb szövetelem;




• cementit: vaskarbid (Fe3C), legkeményebb szövetelem, nehezen mun-kálható, rideg;

• perlit: cementitből és ferritből álló egységes szövet, szívós, lágy, jól megmunkálható;

• ausztenit: nagy szénoldó képességű (max. 2,1%) γ-vas krisztallit. α-vasból akkor keletkezik, ha az acélt a GSE vonal fölé melegítik. Más ötvözők (pl. Mn, Ni) jelenlétében szobahőmérsékleten is keletkezhet.

• lédeburit: ausztenitből és cementitből álló 4,3% széntartalmú eutekti-kum. Kemény, rideg szövetelem.

5.5. A vas-szén ötvözetek átalakulása a hűtés sebességének függvényében

Sem a felmelegítés, sem a lehűtés nem végtelen lassú, amint azt feltételez-tük a 5.10. ábra megszerkesztésekor, s így a gyakorlatban a kristályszerke-zet kialakulása során az időtényezőt is figyelembe kell venni. Emiatt az egyensúlyi állapothoz képest jelentős eltérések mutatkoznak. Ha felmelegí-tik az anyagot a GSE vonal fölé és hirtelen lehűtik, akkor az un, martensites szövetszerkezet keletkezik. A martensit azaz vaskarbid szilárd oldata α-vasban akkor keletkezik, ha a hűtés sebessége (°C/sec/egy kritikus sebességnél nagyobb. Ilyenkor a szénatomok egy része nem képes diffundálni, amikor a hűléskor a γ-vas átmegy α-vasba és a bennmaradó szénatom a szabályos rácsot tetragoná-lissá torzítja. Ez a kritikus lehűlési sebesség annál nagyobb, minél kisebb a széntartalom. Egy bizonyos széntartalmon alul már nem lehet ilyen lehűlé-si sebességet előállítani, tehát a 0,2%-nál kisebb széntartalmú acélokban martensites szövetszerkezetet kialakítani gyakorlatilag nem lehetséges, (5.11. ábra). A martensites szövetszerkezet rideg, kemény, nagyszilárdságú. Az edzés célja a martensites szövetszerkezet kialakítása. A nagyon lassú és a nagyon gyors lehűtés közötti lehűtési sebesség esetén átmeneti szövetelemek (sorbit, troostit, bainit) keletkeznek, amelyeknek a tulajdonságai átmenetet képeznek a lágy perlit és a kemény martensit kö-zött. A gyakorlatban az acél összetételétől és a hűtés sebességétől függően so-hasem egyfajta szövetelem keletkezik, hanem legalább kettő, ferrit és per-lit, ill. legfeljebb négy: pl. ferrit, perlit, bainit és martensit. Az acél szilárd-ságát, hegeszthetőségét ezeknek a szöveteknek a mennyisége és elhelyez-




kedése határozza meg. Az elmondottak azt is megvilágítják, hogy az acél tulajdonságait az un. hőkezelési eljárásokkal lényegesen befolyásolni lehet. Az a körülmény, hogy a folyamatok sohasem az állapotábra szerint ját-szódnak le, nem jelenti azt, hogy nincs értelme azokat meghatározni. Nem egyensúlyban levő ötvözetben ugyanis minden további változás az állapot-ábrával jellemzett egyensúlyi állapot irányában játszódik le. Az ötvözet állapotábrája ismeretében tehát azt is tudjuk, hogy milyen változások vár-hatók benne a hőkezelés során.

5.11. ábra. Fe-C ötvözet kritikus lehűlési sebessége [2]

5.6. A vas és az acél hőkezelése A hőkezelés egyike a legelterjedtebb és leglényegesebb technológiai műve-leteknek. Alkalmazásának célja az acél és öntöttvas tulajdonságainak meg-változtatása a műszaki követelmények jobb kielégítése céljából, mind a félgyártmányok, mind a készgyártmányok esetén. Alapelve, hogy az olva-dáspontnál kisebb hőmérsékletre való felfűtés, bizonyos állandó hőmér-sékleten tartás, majd megfelelő lehűtés kombinációival a legkülönbözőbb szövetszerkezet hozható létre, és ennek megfelelően az anyag tulajdonsá-gai is igen különbözők. A hőkezelési eljárások az állapotábra alapján követhetők nyomon. Ebből a szempontból az állapotábrának azok a vonalai fontosak, amelyek az alsó (P-S-K) és a felső (G-S-E) átalakulási hőmérsékletet jelentik. A 5.12. ábrán így tüntettük fel a lágyítás, edzés és normalizálás hőmérsékletét.




5.12. ábra. Hőkezelési hőmérsékletek [2]

A továbbiakban az építőipari acélok gyártásakor előforduló hőkezelési eljárások lényegét ismertetjük.

5.6.1. Feszültségcsökkentés. Meleg- és hideg alakítás, öntés után az anyagban mindig maradnak vissza belső feszültségek, melyek a darab méreteit és alakját megváltoztatni igye-keznek, és az elem vetemedését, néha törését okozhatják. A belső feszült-ségeket lényegesen csökkenteni lehet hőkezeléssel. A munkadarabot az anyag összetételétől és az uralkodó feszültség nagyságától függően 200-600 °C hőmérsékletűre felmelegítik, 2 órán át ezen a hőmérsékleten tart-ják, majd onnan kivéve kvarchomokba, meleg hamuba, izzított faszénbe vagy kokszdarába helyezve lassan lehűtik. Ha a hűtés nem elég lassú, ak-kor újabb feszültségek keletkezhetnek.

5.6.2. A normalizálás vagy lágyításos izzítás. Az egyik leggyakrabban alkalmazott hőkezelési eljárás. Célja a túlhevítetten öntött, kovácsolt vagy sajtolt acélok egyenletes és finom szövetszerkezeté-nek az elérése. Normalizálással tehát az acél szövetszerkezete egyneműsíthető, finomítható és szilárdsági tulajdonságai javíthatók. Nor-malizálás során az acélt 30-50 °C-kal az ábra szerinti GSE vonal fölé föl-melegítik, majd az anyag teljes átmelegedése után huzatmentes helyre kité-ve, szobalevegőn lehűtik. Az acélt csak annyi ideig szabad a GSE vonal fölötti hőmérsékleten tartani, amíg az α-vas γ-vassá alakul át, ami kb. 5-10




percet tesz ki. Hosszabb hőntartás szövetdurvulást eredményez. Ha olyan nagy a hevítés hőmérséklete, hogy a szemcsék megolvadnak, és ezekből a szén kiég, akkor elégett acélt kapnak, amelynek a tulajdonságait normalizá-lással megjavítani már nem lehet.

5.6.3. Újrakristályosítás. A hidegalakítások (húzás, hideghengerlés) során az acél kristályai nagy-mérvű maradó alakváltozást szenvednek, és oly mértékben megkemé-nyedhetnek, hogy a további hidegalakításuk csak az újrakristályosítás után végezhető. Az újrakristályosítás célja tehát kettős: az alakítás folytán de-formálódott, elnyúlt kristályok helyreállítása és az anyagban keletkezett feszültségek kiküszöbölése. Az újrakristályosítási lágyítás hőmérséklete 400-700°C. A hőntartás időtartama 2-5 óra, annál rövidebb, minél na-gyobb a hőmérséklet. Ha az átkristályosítás nem elégséges a szövetszerke-zet rendbe hozására, akkor normalizálást kell alkalmazni.

5.6.4. Az edzés Egyike a legfontosabb és leggyakrabban alkalmazott hőkezelési eljárásnak. Célja a nagy keménységű martensites szövetszerkezet előállítása. Az edzést oly módon hajtják végre, hogy az acélt felmelegítik a GSK vonal fölé 30-50°C-kal, majd a kritikus sebességnek megfelelő, vagy annál nagyobb se-bességgel, (5.11. ábra) lehűtik. Az edzés eredményessége függ a lehűtés sebességétől, a széntartalomtól, valamint az elem méreteitől. A lehűtést a megfelelő hűtőközeg megválasztásával lehet befolyásolni. Aszerint, hogy az acél milyen közegben való hűtésnél válik martensitessé, megkülönböz-tetnek víz-, olaj- vagy légedző acélokat. A hideg nyugodt levegőn is martensitessé edződő acélt önedző acélnak nevezik. A széntartalom függ-vényében azt mondhatjuk, hogy 0,3%-nál nagyobb széntartalmú acélokat szokás csak edzeni, mert rendszerint ezeknél lehet elérni azt a hűtési se-bességet, amelyiket a martensites szerkezet kialakítása megkíván. Az erő-sen edzett acélok üvegszerűen ridegek, használat közben repedeznek, tör-nek. Szükség esetén az edzés művelete után még más hőkezelési eljárást, pl. megeresztést, kell alkalmazni.

5.6.5. Nemesítés Nemesítésnek nevezik az acél edzését és az utána következő megereszté-sét együttesen. Elsősorban szerkezeti acéloknál alkalmazzák. Célja a ren-deltetésnek legmegfelelőbb szilárdsági tulajdonságok biztosítása. Nemesí-




teni általában változó igénybevételnek kitett alkatrészeket és szerszámokat szokás. A megeresztés célja az edzett acélokban a martensites állapottal járó ke-ménység és ridegség csökkentése. Az elérendő tulajdonságok szerint kü-lönböző megeresztési hőmérsékleteket alkalmaznak 300-600°C-ig. A megeresztés hatékonysága nagymértékben függ a hőmérsékleten kívül a hőntartás időtartamától is. A hőntartás ideje 2-6 óra, majd ezt a kemencé-ben lassú lehűtés követi. A nemesíthető acélok széntartalma általában na-gyobb 0,3%-nál.

5.6.6. Patentozás A patentozás lényegében a 0,45-0,80% széntartalmú ötvözetlen acélhuza-lok (feszítő huzalok) izometrikus edzése, amellyel a hengerhuzalt hideghú-zásra alkalmas szövetűvé teszik. A patentozás során a huzalt 900°C-ra felhevítik, majd ólom, só vagy légfürdőben gyorsan 400-500 °C-ra hűtik, és addig tartják ott, amíg az acél szövetszerkezete finom perlitessé nem alakul át.

5.6.7. Kérgesítő hőkezelések. Eme eljárások lényege az acél felületén 0,4-4 mm vastag kopásálló kemény kéreg létrehozása. Ezek az eljárások a munkadarab belsejének a tulajdon-ságait nem változtatják meg. A kérgesítés módszerei két csoportba sorol-hatók. Az egyik csoport esetében (termokémiai eljárások) az acél felületé-nek vegyi összetételét változtatják meg (kéregötvözés) és közben az alap-anyagnak nem kell edzhetőnek lennie. A másik csoportba sorolható mód-szerekkel a felületi réteg vegyi összetétele változatlan marad (felületi edzés). Ez esetben az alapanyagnak edzhetőnek kell lennie. A kérgesítés módszerei: cementálás, cianidálás, nitridálás, lángedzés, nagyfrekvenciás edzés és a fémekkel való kérgesítés.

5.7. Az acél alakítása

5.7.1. Az alakításról általában Az acél végleges alakját alakítással érik el. Az acél szövetszerkezetére gya-korolt hatás szerint forgácsolásos és forgácsolás nélküli, más néven képlé-keny alakítást különböztetünk meg. Forgácsolásos alakítással nem változik meg az acél szövetszerkezete, de a kiindulási anyag térfogata csökken a forgácsolás mértékével. Képlékeny alakítás során az acél térfogata az alakí-tás előtt és az alakítás után azonos marad. E művelet során azonban a




fémben változások következnek be, ami által az acél tulajdonságai is meg-változhatnak. Képlékenyen csak az a fém alakítható, amelynek az alakítás hőmérsékletén jelentős nyúlása van. Ezért alakítható képlékeny alakítással az acél, de nem alakítható az öntöttvas.

5.7.2. Fontosabb képlékenyalakítási technológiák:

• kovácsolás, • sajtolás, • hengerlés és • húzás (rúd-, cső- és dróthúzás)

Kovácsolás során egy a0 vastagságú fémdarabot kalapáccsal (kézi v. gépi) addig ütögetnek, amíg az a1 vastagságú lesz. A kovácsolás célja lehet nyúj-tás, duzzasztás, lyukasztás, hasítás. Míg melegen legtöbb fém kovácsolha-tó, addig a hidegen kovácsolás lehetősége függ a fém vegyi összetételétől. A sajtolás során az ütéseket egyenletesen ható nyomóserő helyettesíti. Hengerlés során a fémet két, ellentétes irányban forgó henger között vezetik át. A hengeren levő idom alakja szerint lemezt vagy idomacélt kapnak. A végleges alakot rendszerint többszöri hengerléssel érik el. A hegesztés nélküli acélcsöveket speciális csőhengerlő gépeken állítják elő, pl. a Mannesmann eljárással, ill. annak a továbbfejlesztett változatával. A húzás művelete során az előhengerelt acélt hideg állapotban kemény fémből, illetve kis keresztmetszet esetén gyémántból készített negatívon, más néven kaliberen húzzák át. A kaliberek lehetnek kör vagy idom ke-resztmetszetűek. A kaliberen bekövetkezik a keresztmetszetnek bizonyos mértékű csökkenése, illetve un. fogyása. A végleges keresztmetszet így nem egyszeri, hanem többszöri húzással érhető el. Hideg húzással állítják elő a nagyszilárdságú feszítő huzalokat, a drótkötelek, tartókábelek elemi szálait és a hegesztő huzalokat.

5.7.3. A képlékeny alakítás módszerei Hidegalakítás során az acélt 0-500°C hőmérsékleten alakítják. A hőmér-sékletet úgy kell megválasztani, hogy újrakristályosodás ne következzék be. Az alakítás közben az acélban bekövetkező változások az alakítás után is megmaradnak. Az alakítás után a krisztallitok síkjai az alakító erő irányába dőlnek és ezt a rendezettségüket meg is tartják. Emiatt az acél tulajdonsá-gai mások lesznek az alakítás irányában, mint arra merőlegesen. Ez a jelen-ség a hidegen alakított anyagok anizotrópiája.




A hidegalakításnak az acél mechanikai tulajdonságaira kifejtett hatását ke-ményedésnek nevezik. A keményedés az alakváltozással szemben kifejtett ellenállás növekedését és az alakváltozó képesség csökkenését jelenti. Az ötvözetlen acélok szilárdsági tulajdonságai a hideg alakítás után időben még tovább változnak. Ezt a jelenséget alakítási öregedésnek nevezik. Szobahőmérsékleten ez a változás néhány hónapig tart, de 200-300°C hőmérsékleten 1 óra alatt lejátszódik (mesterséges öregedés). Az alakítási öregedés következtében elsősorban az acél szívóssága és hajlító ütőmun-kabírása csökken. Az alakítási öregedés jelenségét - közte a mechanikai tulajdonságoknak a hideg alakítást követő, utólagos változását - elsősorban a nitrogén okozza. Az acél N-tartalma viszont az acél gyártásának, kikészí-tésének és dezoxidációjának a függvénye.

5.7.4. Hidegalakítási Az acél hidegalakítási módszerei:

• húzás, • hengerlés, • élhajlítás, • csavarás, • rovátkolás, • hullámosítás.

Húzás és hengerlés esetén a hideg alakítás várható hatását

• a húzás (hengerlés) szöge (hengerátmérője) • a húzás (hengerlés) sebessége és • az egy munkamenetben alkalmazott fogyás % határozza meg.

A fogyáson hengerlés esetén a vastagság csökkenését értik, húzás esetén pedig az egy menetben bekövetkező keresztmetszeti terület csökkenését. A hideg alakítás következében az anyagban un. alakítási feszültségek állnak elő, méghozzá a kéregben nyomó-, a magban pedig húzófeszültségek ke-letkeznek. A belső mag alakítási feszültségei szempontjából a nagy húzó-szöggel és közepes (20-30%) fogyással végzett húzás a legkedvezőtlenebb. A huzalban a tűs kristályok a húzás irányába előre és befelé rendeződnek és ez nem is káros abban az esetben, ha a huzalt csak tengely irányban veszik igénybe, ahogy azt a feszítőhuzalok esetében általában teszik. Ezek a huzalok azonban a hajtogatást már nehezen viselik el. Ha a fentiekhez a




hullámosításból, a rovátkolásból, a kiskarikába csévélésből, a lamellák közé szorításból származó egyéb feszültségek is hozzáadódnak, akkor a külön-böző hideg alakításból származó feszültségállapotot igen zavaros lehet, és töréshez vezethet. A hidegen húzott vagy hidegen hengerelt acélgyártmányok felülete féme-sen tiszta (un. fényes áru), méretei pontosabbak, mint a melegen alakítot-také. Keményebbek, nagyobb a szilárdságuk, tehát acél megtakarítást ered-ményeznek. A hideg alakítás energiaszükséglete azonban legalább háromszor annyi, mint a meleg alakításé. A hidegen hengerelt és húzott acélok szövetszerke-zetének durvulását alakítás közben, vagy azt követő hőkezeléssel finomít-ják. A hideghengerlés további előnye, hogy vele igen vékony, (0,01 mm) nagy méretpontosságú lemezek szabályozott mechanikai tulajdonságokkal ké-szíthetők. Élhajlítás során a vékony acéllemez csak egy él mentén kap hideg alakí-tást. A hideg hajlításra azért van szükség, mert a vékony lemezek gyors kihűlése miatt meleg hengerléssel 2-3 mm-nél vékonyabb lemez, valamint 3-6 mm-nél vékonyabb idomacél nem hengerelhető. A vékonyfalú idom-acélokat a melegen hengerelt lemezekből hideghajlítással állítják elő. Az élhajlítás elvégezhető élhajlító sajtókon, szakaszos vagy görgős hajlító gépsoron (fokozatos hajlítással). Utóbbival teljesen zárt szelvény is készít-hető úgy, hogy az illeszkedő éleket végül összehegesztik. A csavarás a betonacélok esetében alkalmazott olyan hidegalakítási eljá-rás, amelynek során az acél folyási határon túli megnyújtása és egyidejű csavarása idézi elő a hidegalakítást. Hatására a folyási határ 30-40%-kal, a szakítószilárdság mintegy 5-10%-kal megnő, míg a szakadó nyúlás csök-ken. A rovátkolás csak a feszítőhuzalok készítéséhez alkalmazott eljárás abból a célból, hogy a nagyon sima felületű huzalok felületi kötését (tapadását) a betonhoz megnöveljék. Az eljárás során a feszítőhuzalokat fogaskerekek között bocsátják át, és a fogak benyomódásokat hagynak a feszítőhuzalon. Ugyancsak feszítőhuzalok esetében alkalmazott eljárás a hullámosítás, hasonló célból, vékony huzalok esetén.

5.7.5. Melegalakítás, félmeleg alakítás A melegalakítást 900°C-nál nagyobb, az újrakristályosodás feletti hőmér-sékleten végzik. A folyamat újrakristályosodással fejeződik be. Az alakítás




során az acél tulajdonságai nem változnak. Ezen a hőmérsékleten ugyanis a keményedés is, és a keményedéssel járó változások is megszűnnek. A folyamat szakaszai: a lágyulás, az újrakristályosodás és a szemcsenöveke-dés. A lágyulás szakaszában az acél tulajdonságai a kristályszerkezet átala-kulása nélkül változnak meg. Az újrakristályosodás során a képződő szem-csék nem állandóak, hanem a hőmérséklet növelése és a hőntartás időtar-tamának a növelése hatására tovább nőhetnek. E folyamat során a krisztallitiok a szomszédos krisztallitokat magukba olvasztják. Ezt nevezik szövetdurvulásnak. A melegalakítás leggyakoribb módjai:

• kovácsolás, • sajtolás, • hengerlés.

Az acéltuskó első alakítása mindig melegalakítás. A jól végrehajtott ková-csolás hatására a tuskóban levő gázhólyagok összehegednek, a zárványok összetöredeznek, a durva, nagy krisztallitok finom szemcséssé alakulnak. Gyakori első alakítás a meleg sajtolás. A sajtolást két irányban felváltva célszerű végrehajtani, mivel az első lépésben csak a vonalkázatlan részben következik be átalakulás és szemcsefinomodás. Meleg hengerléssel állítják elő az építőiparban nagy mennyiségben fel-használt rúdacélokat, idomacélokat, durva-, közép- és finomlemezeket, betonacélokat, vasúti síneket. Az acél melegalakíthatósága alakítási szilárdságától, képlékenységétől, va-lamint az acél és az alakító szerszám közötti súrlódástól függ. Az alakítási szilárdság a folyási (v. névleges folyási) határral vehető azonosnak. A kép-lékenység mértéke a törésig végrehajtható alakváltozás nagysága. A melegalakítás szempontjából legveszélyesebb ötvöző a kén, ez törékeny-nyé teszi az acélt. A kénnel egyidejű mangán (Mn)-tartalom csökkenti a kén káros hatását. A fémes ötvözők általában rontják az acél melegalakítá-sát akkor is, ha karbidot nem képeznek. Az ötvözők hatása kedvezőbb, ha ferrites és kedvezőtlenebb, ha az austenites szövetszerkezetet növelik. A fél meleg alakítást 500-900°C hőmérsékleten hajtják végre, amikor is az az újrakristályosodás csak részben következik be.




5.7.6. Az öntés Az öntés művelete során a folyékony fémet egyszerűbb, vagy bonyolul-tabb öntőformába öntik. A megdermedés után felvett alakja más alakítási műveletekkel rendszerint nem alakítható át. Az öntvény negatívjának kialakításakor figyelembe kell venni, hogy az öntvény dermedés közben zsugorodik, és ráhagyást kell biztosítani a megmunkálandó felületek miatt is. Az öntöttvas dermedési zsugorodása kisebb, mint az öntött acélé. Az öntés műveletéhez legelőször a zsugoro-dási és megmunkálási ráhagyással megnövelt, rendszerint fa öntőmintát készítik el. Ennek formázó homokban való lenyomata az öntési negatív. Az öntvényekben levő belső üregeket külön magokkal formázzák ki. A nagyméretű negatívokat öntőgödörben, a kisebbeket formaszekrényben készítik. Egy formát két, vagy több formaszekrény egymásra helyezésével állítanak elő. Ennek megfelelően a minta is több rétegből áll. A formákat beöntő és légtelenítő nyílásokkal látják el. A formázóhomok speciális szemmegoszlású kvarchomok (öntőhomok) és kötőanyag keveréke. A kötőanyag általában agyag, a maghomoknál szerves anyag (pl. melasz). Az öntésnek két módja szokásos: a feslő öntés, amikor minden formába a saját felöntő helyén keresztül öntik be az olvadt fémet; és az alsó öntés, vagy emelkedő öntés, amikor a beöntő tölcséren és az alsó elosztó csator-nákon keresztül egyszerre több formát öntenek ki. Az alsó öntés tömö-rebb szövetet biztosít, mert a fém emelkedése a légzárványokat a negatív-ból kiszorítja. Az öntvénylehűlése után a formázószekrényt kiürítik, és a magot eltávolítják. Az elkészített öntvény felületéről a homokot, revét eltávolítják, az illesztési varratokat, a felöntések helyeit leköszörülik, a felü-letet elegyengetik és így az öntvény kész. Minden fajta acélból készíthető acélöntvény, (pl. hídsaru) Az acélöntés a vasöntésnél kényesebb művelet, mert az acélnak nagyobb az olvadáspontja és a zsugorodása, a repedésre is hajlamosabb. Lehűlés közben, primer kristályosodás közben jönnek létre a legfontosabb öntvényhibák. A fogyás (térfogat csökkenés, nem tévesztendő össze a húzási fogyással) következ-ménye a fogyási üreg, a szivacsosság és a pórusosság. A fogyási üreg és a szivacsosság az öntvény lassabban hűlő, később szilárduló részében kelet-kezik, ahonnan a korábban hűlő, vékonyabb falú részek fogyása elszívja az olvadékot. Ha az elszívás akkor következik be, amikor a vastag részben még meg sem kezdődött a kristályosodás, akkor ott fogyási üreg, un. lunker keletkezik, amit az öntvény felületén létrejövő horpadás jelez. Ha az elszívás akkor következik be, amikor már megkezdődött a vastagabb




rész kristályosodása, akkor a fogyási üreg csak 30-90%-ban van fémmel tele, akkor szivacsos lesz. Pórus akkor keletkezik, ha a kristályosodás vége felé a fogyás kiegyenlítésére olvadék utánszívása már nem lehetséges. Ez a jelenség 20-25 mm-nél vastagabb falú öntvények közepe táján fordul elő. A primer kristályosodást követően jelentkezhet az öntvény meleg töré-kenysége, s ez repedésre vezet, már 0,02% S-tartalom esetén is. Az S káros hatását Mn ellensúlyozza. Öntési hiba a gázhólyagosodás és a tűlyukacsosság. Ezek oka a CO. Ha az acélöntvény anyaga 0,4-0,6% Si-mal csillapított, akkor CO elvileg nem keletkezhet. Gázhólyagosság lép fel, ha az acél a kristályosodása előtt víz-gőzzel érintkezik, amikor is H2-gáz szabadul fel. Erősen ötvözött (pl. nagy króm (Cr)-tartalmú) acélöntvényekben a gázhólyagokat a H2 okozza.

5.8. Az acél technológiai próbái A technológiai próbák elsősorban a szívósság kimutatására használhatók, azaz hogy az üzemszerű megmunkálást a próbadarabok milyen mértékben viselik el káros elváltozás (repedés, törés) nélkül. A technológiai próbák közül az építőiparban elsősorban a hajlító és a haj-togató próbát alkalmazzák. Ezek a vizsgálatok rendszerint jól jelzik a hideg alakítás mértékét, az edzési, a megmunkálási ridegségét, az anyag hibáit. A hajlító próba során a mintadarabot egy megadott átmérőjű tüske körül, adott szögben meghajlítják. A vizsgált acél nem megfelelő, ha húzott olda-lán felrepedezések, vagy bárminemű káros elváltozás következik be, (5.13.a. ábra).

5.13. ábra. Technológiai próbák: a) hajlító-; b) hajtogató vizsgálat [2]




A hajtogató vizsgálat vékony lemezek és elsősorban vékony huzalok (feszítető huzal, drótkötél elemi szála) szabványos vizsgálati módja. A vizsgálat során a mintát (5.13.b. ábra) egyik végén befogják, majd a kiálló véget ±90°-kal jobbra, majd balra hajtogatják. A vizsgálat eredménye nagymértékben függ annak a hengernek az átmérőjétől, amelyik körül a hajtogatást végzik. Ezért ezt a vizsgált próbatest átmérőjének függvényé-ben szabvány írja elő. A hajtogatási számot az a hajtogatás jelenti, ame-lyiknél a próbatest még nem tört el.

Építőanyagok II. Az építőfa



6. Az építőfa

6.1. A fa fizikai tulajdonságai

6.1.1. Hidrotechnikai tulajdonságok A nedvességtartalom: a sejtfalakban levő kötött víz és a sejtüregekben levő szabad víz együttes mennyisége egy vizsgálat időpontban. A szokásos módon %-ban adják meg a kiszárított fa, vagy a vízzel telített fa tömegére vonatkoztatva. Eszerint nettó, vagy bruttó nedvességtartalomról beszé-lünk. A kiszárítás során az illóanyag-tartalom is eltávozik. Erre való tekin-tettel a fa nedvességtartamának meghatározására a desztillációs módszert, illetve az elektromos vezetőképesség mérésén alapuló módszert használják 5-25%, míg a kapacitásváltozáson alapulót 40-100% nedvességtartalomig. Műszerekkel mérhető a felületi, a belső, vagy az átlagos nedvesség. A mű-szeres mérés gyorsabb, de kevésbé pontos. A fa vízfelvevő képessége: a nedvességtartalom felső határát jelenti, és meghatározását oly módon végezzük, hogy a fát kiszárítjuk, és utána víz-ben tároljuk mindaddig, míg vizet vesz fel. A vízfelvétel mértékét a kiszárí-tott fa tömegére vonatkoztatjuk. A fa nedvességi egyensúlya: a száraz levegőn a nedves fa is vizet ad le, a száraz fa a nedves levegőből vizet vesz fel. Akkor van nedvességi egyensú-lyi állapot, ha sem vízfelvétel, sem vízleadás nincs. Ezt a jelenséget hig-roszkóposságnak nevezzük. Az adott hőmérsékleten minden relatív lég-nedvesség-tartalomhoz tartozik egy egyensúlyi nedvességtartalom (pl. luc-fenyő esetén 10, 20, 50, ill. 100% rel, nedvességtartalomhoz 3,5; 6,0; 11, ill. 29% egyensúlyi nedvességtartalom tartozik). 100% rel. légnedvességnek megfelelő egyensúlyi nedvességtartalom a rosttelítettségi határnak felel meg.

6.1.2. A fa zsugorodása és duzzadása A fa vizet veszít, akkor méretei csökkennek, zsugorodik. Ha vizet vesz fel méretei nőnek, dagad. A zsugorodás és a dagadás azonos jelenségre, a higroszkóposságra vezethető vissza. A szíjács több nedvességet vesz fel, mint a geszt, ezért térfogatváltozása is nagyobb. Általában a dagadás dön-tő többsége a rosttelítettségi határig lejátszódik, de mintegy 40-60% ned-vességtartalomig a fa még dagad. A fa zsugorodása és dagadása átlagban rostirányban 0-1%, sugárirányban 3-6% és húrirányban 6-12%, (6.1. ábra).




6.1. ábra. A fa duzzadása és zsugorodása [2]

Az érintő- és a sugárirányú alakváltozások különböző nagysága eredmé-nyezi a fa feldolgozása során a fa deformációját, így pl. a deszkák görbülé-sét, a gerendák vetemedését. Ezt csökkenteni lehet azáltal, ha a fát nem nedves állapotban, hanem légszáraz állapotban dolgozzák fel. Továbbá csökkenteni lehet a helyesen megválasztott összekapcsolások révén is.

6.1.3. A fa testsűrűsége és sűrűsége A fa egyik legfontosabb tulajdonsága a testsűrűsége. Ezt elsősorban a fa fajtája határozza meg, egy fajtán belül pedig befolyásolja a nedvességtarta-lom, a termelőhely, egy fadarabon belül a magassági viszonyok, a mintavé-tel helye, az évgyűrű szélesség, a szövetszerkezetek alakulása. A fákat a testsűrűség szerint nevezhetjük:

• nagyon nehéz fának (som, cser, gyertyán, eper, melyeknek testsűrűsége 880-760 kg/m3),

• nehéz fának (akác, vadkörte, bükk, kőris, tölgy, szil, dió, vörösfenyő, melyeknek testsűrűsége 680-580 kg/m3),

• könnyű fának (fűz, hárs, vadgesztenye, éger, fehér- és rezgőnyár, egyéb fenyők, melyeknek testsűrűsége 560-450 kg/m3),

• nagyon könnyű fának (kanadai és feketenyár, cédrus, melyeknek test-sűrűsége 450-380 kg/m3).




A testsűrűségen itt minden esetben a 15%-os légszáraz fa nedvességtar-talmára vonatkoztatott értékét értjük.

6.1.4. A fa hőtechnikai tulajdonságai A fenyőfa hőtágulási együtthatója rostokkal párhuzamosan 3-4 . 10-6/°C, rostokra merőlegesen 22-35 . 10-6/°C. A lombos fák hasonló sorrendben 0,5-7 . 10-6/°C, ill. 16-50 . 10-6/°C. A hővezetési tényező a fafajtól, a test-sűrűségtől és a nedvességtartalomtól függ. A kiszárított fenyőfáké rostokra merőlegesen 0,13, rostokkal párhuzamosan 0,23 W/mK, lombos fáké 0,22, ill. 0,22-0,40 W/mK. A fa tehát rostokra merőlegesen kiváló hőszi-getelő anyag. 25% nedvességtartalmú fa hővezetési tényezője kb. 40%-kal nő meg. Amíg a testsűrűség 400-ról 800 kg/m3-re nő, addig a hővezetési tényező megkétszereződik. A fajhő a hőmérséklet és a nedvességtartalom függvénye. A kiszárított fa esetén a hőmérséklet (t) függését

c = a + b . t

egyenlet fejezi ki, ahol a = 0,266 és b = 0,00116. A fajhő 20, 50, ill. 100 % nedvességtartalom esetén 1,3; 1,57 és 2 szeresére nő. A fafélék lobbanás-pontja 200-275 °C, égéspontja 260-290 °C. Az égést a hőmérsékleten és a fafajon kívül a testsűrűség, a nedvességtartalom, a gyantatartalom, a mére-tek és a légmozgás sebessége befolyásolják.

6.1.5. Hangtechnikai tulajdonságok Hangszabályozás szempontjából a kísérletek azt mutatták, hogy a faanyag rostokkal párhuzamos irányban jó hangvezető, míg rostokra merőleges irányban jó hangszigetelő.

6.1.6. Elektromos tulajdonságok A faanyag kiszárított állapotban elektromos szigetelő. Elektromos vezető-képessége a rosttelítettségi határig közel lineárisan változik. Ezen alapszik az elektromos fanedvesség mérés elve. A rosttelítettségi határon túl az elektromos ellenállás változása igen kicsi.

6.2. A fa mechanikai tulajdonságai a) A fa mechanikai, más néven szilárdsági és alakváltozási tulajdonságait a

fa alkata, fajtája, hibái, betegségei, a faméretek, fakeresztmetszetben ér-telmezett szelvény helye, a terhelés és igénybevétel fajtája, a fa nedves-ségtartalma, testsűrűsége, a környező levegő nedvességtartalma és hő-




mérséklete, a terhelőerők és a rostok iránya által bezárt szög, a terhelés időtartama, a terhelés módja és nyomott elemek esetén a karcsúság ha-tározzák meg. A szilárdsági vizsgálatokat két alapvető módszer szerint végzik. Az egyik módszer szerint, és ezt követi a szabvány is, a fa szilárdsági vizs-gálatához és minősítéséhez kisméretű, teljesen hibátlan, egészséges, korhadás, göcs, repedés, gyűrűs elválás és ferdeszálúság mentes mintát kell venni. A másik módszer szerint az anyagot természetes méretei-ben, előforduló hibáival együtt kell vizsgálni. Az első módszer anyag-takarékos, gyors, de nem tükrözi a fa valódi szilárdságát. Egyébként a mintát úgy kell kivenni, hogy a faanyag, anizotrop és inhomogén szer-kezetéből adódó eltérő mérési eredményekből jó átlagértékeket lehes-sen kapni. Próbadarabként erdei választékok esetén min. öt mintát kell venni. A fa mechanikai tulajdonságai döntően függnek a fa nedvességtartamá-tól. Éppen ezért a fa szilárdsági tulajdonságainak jellemzésére a légszá-raz, 15% nedvességtartalmú fára vonatkoztatott szilárdsági értékeket veszik. A szabványok előírják, hogy a vizsgálat előtt addig kell a mintát 20°C hőmérsékletű, 65% relatív nedvességtartamú térben tárolni, amíg az egyensúlyi nedvességtartalom beáll. 8-25% nedvességtartamú fa-anyagot kell vizsgálni és az n% nedvességtartalom esetére kapott szi-lárdsági értéket a 12% nedvességtartalomra számítják át az alábbi kép-lettel:

σ15 = σn[1+α(n-12)]

A képletben α értékét 0,015-0,06-ra választják meg a fafajtól és az igénybevétel módjától függően.

b) A farostokkal párhuzamos statikus nyomószilárdságát 2 cm élhosszúságú hasábokon állapítják meg. Az így megállapított szilárdsági érték függ a nedvességtartalomtól. Jó közelítéssel 1% nedvességtarta-lom-növekedésnek 4-6% szilárdságcsökkenés felel meg. Ez a szilárd-ságcsökkenés mintegy 30% nedvességtartalomig tart (rosttelítettségi határ), onnantól a szilárdság a nedvességtartalom növekedésével már nem csökken, (6.2. ábra).




6.2. ábra. A fa nyomószilárdsága a nedvességtartalom függvényében

A fa nyomószilárdsága a hőmérséklet növekedésével, vele közel egye-nes arányban, kis mértékben csökken. A testsűrűséggel lineárisan vál-tozik. A gyantatartalom nagyon csökkenti. A faanyagban található ág-göcsök és növekedési szabálytalanságok a fa nyomószilárdságát befo-lyásolják, de lényegesen kisebb mértékben, mint a húzószilárdságát. A rostokra merőleges nyomás 3 esetét különböztetik meg:

• a próbatest teljes keresztmetszete terhelt, • a felület teljes szélessége, de nem teljes hossza terhelt, ez esetben

talpnyomásnak vagy talpfa szilárdságnak nevezzük a kapott szilárd-ságot,

• a felület szélességének és hosszúságának csak egy része terhelt, eb-ben az esetben dúcnyomásról vagy pecsétnyomásról beszélünk.

A fa anizotrop szöveti felépítéséből következik, hogy a rostokra merő-legesen terhelt fa nyomószilárdsága lényegesen kisebb, mint a rostok-kal párhuzamosan terheltté. A rostokkal párhuzamostól eltérő nyomás azonban gyakori eset. Szigorúan véve ez esetben a szokásos tönkre-menetelről és törőerőről nem beszélhetünk, mert a minta nagy alakvál-tozások kíséretében összepréselődik. Ezért rostokkal párhuzamos nyo-más esetén nyomószilárdságon a törőerőnek és a felületnek a viszonyát értjük; rostokra merőleges nyomás esetén ahhoz az alakváltozáshoz tartozó feszültségértéket, amely terhelés még megengedhető. Ezt a




görbéből úgy olvashatjuk ki, hogy a töréspontnál fellépő erőértéket vesszük számításba. Ha az erőirány és a rostirány által bezárt szög 0-90° között változik, akkor a szilárdság a kétfajta szilárdsági érték közötti értéket veszi fel a bezárt szög nagyságától függően, (6.3. ábra).

6.3. ábra. A fa szilárdsága a rostirány függvényében

Ugyanúgy, mint más építőanyagnál, a fánál is igaz az, hogy minél ki-sebb a terhelt felület a teljes felülethez képest, annál inkább megválto-zik a σ-ε diagramm és a törőerő. Ugyanis kisebb terhelt felület esetén a rostoknak is el kell nyíródniuk a terhelés során.

c) A szakító- vagy húzószilárdság vizsgálatát az érvényes szabvány nem írja elő. A rostokkal párhuzamos húzószilárdság lényegesen nagyobb, mint a rostokkal párhuzamos nyomószilárdság, és nagyobb a szórása is. Ennek oka, hogy míg nyomás esetén az egyes rostok kigörbülhet-nek, egymásba tolódhatnak, az erőirányra ferde csúszófelületek alakul-hatnak ki, addig húzás esetén a próbatest a rostok elszakadása miatt megy tönkre. Pl tűlevelű fáké 35-150 N/mm2, lágy lombos fáké 20-35 N/mm2, kemény lombos fáké 90-160 N/mm2. A fa nedvességtartamától a szakítószilárdság hasonlóképpen függ, mint a nyomószilárdság. A rosttelítettségi határig 1% nedvességtarta-lom változásnak rostokkal párhuzamosan kb. 3% szilárdságváltozás fe-lel meg, a rostokra merőlegesen kb. 2%. A hőmérséklet növekedésével a szakítószilárdság csökken, éspedig 1°C-onként a csökkenés 0,1%-ra




tehető. A fa szöveti felépítése döntően befolyásolja a fa húzószilárdsá-gát. Az ággöcsök mértékétől függően a húzószilárdság a teljesen ép, ággöcs mentes fa húzószilárdságának a 20-30%-ára is lecsökkenhet. A rostokra merőleges húzószilárdság megbízhatatlanabb, mint a rostok-kal párhuzamos, és a rostokkal párhuzamosan a szakítószilárdság 1/20-1/30-ad része.

d) Hajlító vizsgálat során az egyik oldalon húzás, a másik oldalon nyomás alakul ki. Mivel a faanyag nyomó és húzószilárdsága, nyomási és húzási diagrammja nem azonos, ezért a feszültségi ábra nem lesz szimmetri-kus, a semleges tengely nem esik egybe a tartó keresztmetszetének súlyvonalával, hanem a húzott oldal felé tolódik el. A hajlító szilárdság számítása során nem a tényleges feszültségi állapotot veszik alapul, ha-nem az elemi szilárdságtan feltevéseiből indulnak ki, azaz

KM

σ maxhaj = (N/mm2)

ahol Mmax a törőnyomaték, K pedig a mintadarab keresztmetszeti té-nyezője (a3/6). A hajlító szilárdság függ a nedvességtartalomtól. 1% nedvességtarta-lom változásra 4-5% szilárdságváltozás jut. A testsűrűséggel lineárisan változik. L/h < 20 esetén az alak is befolyásolja. A rostirány hatását kb. hasonlóan lehet figyelembe venni, mint nyomószilárdság esetén. A hőmérséklet, biológiai kártevők, fahibák hatását még nem eléggé tisz-tázták.

e) A nyírószilárdságot ugyanazok a tényezők befolyásolják, mint a húzó és a nyomószilárdságot.

f) A szeg és csavarállóság (famenetű csavar) a kapcsolóeszközként hasz-nált szegek és csavarok kihúzásával szembeni ellenállását fejezi ki, és a szegezett, ill. csavarkötések biztonságára jellemző szám, ha két azonos minőségű fát kapcsolnak össze. Nemcsak a fafajtól és a fa szilárdsági tulajdonságaitól függő érték, hanem lényegesen függ a használt szegek, ill. csavarok méretétől, alakjától, anyagától és a fakötés módjától.

g) A rugalmassági modulus meghatározható nyomó-, húzó- és hajlító vizs-gálattal. Nyomóvizsgálat során a 20×20×60 mm-es hasáb középső harmadán végeznek alakváltozás mérést. A rugalmassági modulust, a 0,02% maradó összenyomódáshoz (εm) tartozó feszültségértékből (σr) és rugalmas alakváltozásból számítják:




r

rrug ε

σE = (N/mm2)

Ennek megállapításához P0 kezdeti terhelésből kiindulva a mintadara-bot P1…Pn növekvő erővel terhelik, majd tehermentesítik és így felve-szik a teljes, a maradó és a rugalmas alakváltozáshoz tartozó σ-ε gör-bét. Ebből σr és εr meghatározható. Hajlító kísérlet során hasonlóan járnak el, csak a terhelő-lehajlás dia-grammot veszik fel. A rugalmassági modulust a lehajlás képletéből számítják, ahol Δf ug a rugalmas lehajlás értéke:

rug

3

haj ΔfI48lΔFE

⋅⋅⋅

= (N/mm2)

h) A fa dinamikus terhekre való viselkedését Charpy kalapáccsal vizsgálják. Legnagyobb 5-6% nedvességtartalom esetén. A rosttelítettségi határig csökken, annál nagyobb nedvességtartalom esetén állandó. Sugárirány-ban 1,1-1,5-ször akkora, mint húrirányban. A statikus hajlító szilárd-sággal közel lineárisan függ össze.

i) A kifáradási (lüktető) szilárdság a terhelés módjától, a terhelésismétlések számától és a terhelés mértékétől függ. Pl. a statikus hajlító szilárdság 40%-ámak megfelelő lüktető terhelés csak 20 milliószoros ismétlés után okoz törést, a 60%-os lüktető terhelés pedig már 500 ezer ismét-lésre.

j) A tartós nyomószilárdság a statikus nyomószilárdságnak 60-70%-a és kedvezőtlenebb, mint egyéb anyagoknál. Erdei fenyő tartós nyomószi-lárdsága 1,5, ill. 50 napos terhelés után 93, 91, ill. 70%-a a statikus szi-lárdságnak. Míg a fa testsűrűségétől alig függ, a nedvességtartalom nö-vekedésével rohamosan csökken.

6.3. A fa egyéb tulajdonságai a) A fa keménysége elsősorban a fa megmunkálhatóságára jellemző mérő-

szám. A faanyag keménységének vizsgálatára a Janka keménységmérő módszert használják, mely esetben 1 cm2 keresztmetszeti területű acél-golyót nyomnak be a vizsgált anyagba addig, amíg a bemélyedés az acélgolyó sugarát el nem éri. A bemélyedéshez szükséges erő a Janka keménység N/mm2-ben. A kemény fák keménységi mérőszáma na-gyobb, a puhafáké kisebb.




A keménység 0-20 % nettó nedvességtartalom esetén erősen csökken, 20% és a rosttelítettség között kicsit változik, azon túl nem változik. A gombásodás a fa keménységét annyira befolyásolja, hogy a károsodás mértékét a keménység csökkenésével is ki lehet fejezni.

b) Kopásállóság a rostokat összetartó erő mértékét fejezi ki, és a vizsgálat során lekoptatott faanyag mennyiségével jellemzik. Nagysága függ a koptatási vizsgálattól (csiszolóvásznas, homokfúvásos, járásutánzó), a koptatóanyagtól, a koptatás irányától, a koptatónyomástól, valamint a keménységhez hasonlóan a fa tulajdonságaitól.

c) A súrlódási tényező légszáraz fenyőfélék fűrészelt felülete között 0,34-0,37, gyalult fa esetén ennek fele-kétharmada. Függ az egymásra fekte-tett fa rostirány eltérésétől, a felület nedvességtartamától, kezelésétől. Kenőanyagok esetén 0,2-0,13-ra csökkenhet.

6.4. Az építőfák és fatermékek A fából készült szerkezetek építésére felhasználható természetes fák az alábbiak: a tűlevelűek (jegenye-, luc-, erdei-, fekete- és vörösfenyő), a keményfák (tölgy, akác, bükk), a lombos puhafák (nyárfa). A bükkfát csak tartósított anyaggal kezelt állapotban szabad beépíteni. A felsoroltaktól eltérő fafajták csak külön vizsgálat alapján alkalmazhatók. A fatermékekben megkülönböztetünk erdei-, bárdolt- és fűrészelt termé-keket, valamint mesterséges, illetve javított fatermékeket. A szabványos hosszak mind az erdei, mind az ipari faválaszték esetében 0,5m-ként változnak. Megjegyezzük azonban, hogy a 8 m-nél hosszabb erdei fatermék, 5 m és főleg 6 m-nél hosszabb fűrészelt-, illetve faragott áru beszerzése körülményes. Fűrészelt faáruk fontosabb keresztmetszeti méretei a következők:

• - deszka: vastagság, 18, 24, 30, 48 mm, szélesség, 100-340 mm-ig, • - palló: vastagság, 60, 75, 100 mm, szélesség, 160-340 mm-ig, • - léc: 24/48, 48/75, 75/100 mm2-es keresztmetszetek. • - zárléc: 24/24, 48/48, 75/75 mm2-es keresztmetszetek. • - gerenda: 100, 120, 150, 170, 210 és 240 mm méretek kombinációi.




A legnagyobb szabványméret 210/240 mm2. Mesterséges úton előállított fatermékek közül építési célokra az alábbiak használhatók fel:

• rétegelt lemezek, amelyet páratlan számú furnérlemezből ragasztással, nagy nyomás alatt préselnek össze. Az egyes furnérlemezekben a ros-tok iránya különböző, egymással mintegy 90°-ot zárnak be, így a réte-gelt lemez homogénebb és izotrópabb, mint a természetes fa. Már 30 mm vastagságban 6,0 m hosszig és 2,0 m szélességig gyártanak ilyen lemezeket.

• faforgács lemez alapanyaga a faforgács. A lemezt nagy nyomáson pré-seléssel állítják elő. A kötőanyag műgyanta, magnézium vagy portland-cement. Préselés után mindkét oldalát csiszolják. A vastagsága 12 mm – 22 mm-ig változhat. Építési célokra csak I. osztályú faforgácslapot szabad felhasználni. Nedvességre érzékeny, a faforgácsok megduzzad-nak.

• farostlemez alapanyaga a farost, amelyet értéktelenebb fafajokból, fa-végekből és hulladékból kémiai-mechanikai úton nyernek. A kötő-anyaga újabban műgyanta ragasztó. A lemezzé préselés nagy nyomás alatt történik.

6.5. Kapcsolóelemek A fából készült kapcsolószerek (betétek) anyaga egyenes szálú I. kategóriá-jú, legfeljebb 15% nedvességtartalmú keményfa, ritkábban puhafa lehet. Az acél kapcsolószerek (nyitott- és zárt gyűrűk, fogazott és karmos beté-tek, csavarok, hengerek, csövek) anyaga legalább az MSZ 500 szerinti A37 minőségű legyen. Facsavaros kapcsolatokat az MSZ 2496-2499 szabványsorozat szerinti csavarokkal kell készíteni. Szegezett kapcsolatokhoz az MSZ 9001 szerinti huzalszeget kell tervezni. A ragasztott kötéshez vízzel szemben ellenálló műgyantaragasztókat kell előírni. Egyéb szerves eredetű ragasztóanyagot alkalmazni nem szabad.

6.6. Anyagjellemzők A természetes fákat és a rétegelt falemezt rugalmas anizotrop anyagnak kell tekinteni, amelyeknek a tulajdonságai a természetes fák esetében a




rostokkal párhuzamosan és a rostok irányára merőlegesen, rétegelt leme-zeknél a lemez síkjában és arra merőlegesen egymástól eltérőek. Kemény farostlemez és a faforgácslap rugalmas izotróp anyagnak tekint-hető. 6.6.1. Teherhordó faszerkezetek rugalmassági modulusai A faanyagokban pillanatnyi külső hatások alatt bekövetkező alakváltozá-sokra jellemző (E, G) rugalmassági tényezőt az 6.1. táblázat szerint kell számításba venni. Az E a rostirányú, az E(r) a sugárirányú és az E(t) a húrirányú rugalmassági modulust jelöli. A G a nyírási modulust jelöli. A rétegelt falemezeknél a pillanatnyi külső hatások esetében bekövetkező alakváltozásokra jellemző (E,G) rugalmassági tényező értékeit az 6.2. táb-lázat tartalmazza. Amennyiben a rétegelt falemez rugalmassági modulusát méréssel határoz-zák meg, akkor a mért értékeket kell figyelembe venni.

6.1. táblázat. Rugalmassági modulusok

Rugalmassági modulus N/mm2 Fafaj

csoport Szilárdsági kategória

E E(r ) E(t)

Nyírási mo-dulus N/mm2 G(rt)

0 15000 F56 I., II., III. 12000

400 500

0 16000 F62

I., II., III. 13000 400 500

0 18000 K78; K68

I., II., III. 14000 600 1000

0 7000 L46

I., II., III. 5000 350 450




6.2. táblázat.

Rugalmassági modulus N/mm2

MSZ szerinti minőségi osztá-lyok E E(t)

Nyírási modulus N/mm2 G(rt)

E1, I1 15000 6000 E2, I2 10000 4000

400

6.6.2. Teherhordó faszerkezetek határfeszültségei T=50 év élettartamra tervezett építmények teherhordó szerkezeteit, illetve faszerkezeti elemeit: - természetes fákból, - hossztoldott faanyagból, - szélességben toldott faanyagból, ill. - rétegelt-ragasztott (RR) faanyagból szabad tervezni. Ezen anyagok határfeszültségeinek értékét az 6.3. és 6.4. táblázat tartal-mazza. T=50 év élettartamra tervezett építmények teherhordó rétegelt falemez szerkezeteit, illetve rétegelt falemezek szerkezeti elemeit a szabvány szerin-ti legalább ötrétegű falemezből szabad tervezni, amelynek vastagsága v ≥ 6 mm. Időjárásnak kitett beépítés esetén, továbbá talajban és vízben csak tartósító anyaggal kezelve használható fel a rétegelt falemez. A rétegelt falemez határfeszültségeinek értékét az 5.4. táblázatban adtuk meg. A határfeszültségek meghatározásához figyelembe kell venni az 5.6.3. pontban foglalt módosító tényezőket is.

6.3. táblázat. Természetes faanyagok határfeszültségei

Hajlító Húzó Nyomó Nyíró Határfeszültségek értékei N/mm2 (u=15%nedvességtartalom) esetén

Fafaj csoport

Rn Minő-ségi érték N/mm2

Szi-lárdsági kate-gória

MSZ 10144 szerint σHm σHh

σHhr;

σHht σHny

σHnyr;

σHnyt τH

(rt)

τH(lt) és (lt) sík-ban

F56 56 0 29,3 30,2 1,1 23,7 5,6 7,9 2,7




I. 25,3 22,6 1,0 21,0 5,0 6,9 2,4 II. 21,0 15,3 0,8 18,1 4,1 5,8 2,0 III. 16,3 8,0 0,6 15,1 3,2 4,5 1,5 0 32,5 33,4 1,2 26,2 6,1 8,6 2,9 I. 28,0 25,0 1,1 23,3 5,4 7,6 2,6 II. 23,2 16,9 0,9 20,0 4,5 6,3 2,2 F62 62

III. 18,0 8,9 0,6 16,7 3,5 4,8 1,7 0 40,8 42,0 1,6 33,0 10,7 11,3 3,7 I. 35,2 31,5 1,4 29,2 9,5 9,9 3,3 II. 29,2 21,3 1,2 25,2 7,9 8,3 2,7 K78 78

III. 22,6 11,2 0,9 21,0 6,1 6,4 2,1 0 35,6 36,6 1,4 28,8 9,4 9,8 3,2 I. 30,6 27,5 1,2 25,5 8,2 8,7 2,8 II. 25,4 18,5 1,0 22,0 6,9 7,2 2,4 K68 68

III. 19,7 9,8 0,8 18,3 5,3 5,5 1,8 0 24,0 21,4 0,9 19,5 3,9 6,1 2,2 I. 20,7 14,8 0,8 17,2 3,4 5,4 1,9 II. 17,2 8,3 0,5 14,9 2,9 4,5 1,6 L46 46

III. 13,3 - - 12,4 2,2 3,5 1,2

6.4. táblázat. Rétegelt faanyagom határfeszültségei

Hajlító Húzó Nyomó Nyíró Határfeszültség értékei, N/mm2 (u=15% nedvességtartalom esetén)

MSZ Szerinti minőségi osztályok σHm σHm

(t) σHh σHh(t) σHny σHny

(t) l-t síkban τH

E1, I1 19 16 13 7 16 10 E2, I2 12 10 - - 12 8

2 (4*)

6.6.3. Határfeszültséget módosító tényezők A határfeszültségeket módosító tényezők közül az 1,0-nál nagyobbakat ajánlatos, az 1,0-nál kisebbeket minden esetben figyelembe kell venni.




A rostok és erő iránya

A rostok és az erő iránya közötti α szöghöz tartozó axiális határfeszültsé-get az alábbi összefüggéssel kell számításba venni:

αcosσαsinσσσσ 2(r)

H2

H

(r)HH(αα

H ⋅+⋅⋅

=

Ahol α az erő és a rostirány közötti szög, σH a rostokkal párhuzamos hajlí-tó, húzó, nyomó, σH

(r) a rostokra merőleges hajlító, húzó, nyomó határfe-szültség, (6.3. ábra).

A nedvességtartalom

Az 6.3., illetve a 6.4. táblázatban a határfeszültségek u = 15% nedvesség-tartalomkor adottak. Ha biztosított, hogy a szerkezet élettartama során a fa nedvességtartama nem halad meg egy bizonyos u%-ot, akkor a fa ned-vességtartamától függően (egyensúlyi nedvességtartalom, de legfeljebb 30%) határfeszültség-csökkenést kell figyelembe venni. A csökkentő té-nyező: ku= 1 - (u – 12) 0,02 Ahol u értékét százalékban kell behelyettesíteni. 15%-nál kisebb nedves-ségtartalmat számításba venni nem szabad. A 30%-nál nagyobb nedves-ségtartalom esetén a 30%-hoz tartozó értéket kell a számítás során alkal-mazni.

A tervezett élettartam

Az 6.3., illetve 6.4. táblázatban a határfeszültségek t=50 év tervezett élet-tartamhoz adottak. A 150 év ≥ T > 50 év élettartamra tervezett szerkezetekhez felhasznált faanyagok határfeszültségeit az 6.3. táblázatban megadott értékekből a következő szorzókkal kell számítani: - hajlító határfeszültség számításkor. 0,70 - húzó határfeszültség számításakor: 0,50 - nyomó határfeszültség számításakor: 0,75 - nyíró határfeszültség számításakor: 0,50 Ha a tervezett létesítmény élettartama T < 50 év, akkor az 6.3. táblázatban megadott határfeszültségeket kT szorzóval kell számításba venni: Ha 0 < T ≤ 6 óra kT = 1,40 6 < T ≤ 24 óra kT = 1,30 24 óra < T ≤ 5 év kT = 1,20




5 év < T ≤ 15 év kT = 1,10 15 év < T ≤ 50 év kT = 1,00

Keresztmetszeti méret

Ha a tervezett elem legkisebb keresztmetszeti mérete, illetve keresztmet-szeti területe kisebb a szerkesztési szabályokban előírt legkisebb méretek-től (vastagság 24mm, keresztmetszeti terület 2400 mm2) a határfeszültsé-get csökkenteni kell. A km csökkentő tényező a kedvezőtlenebb eltérés %-os nagyságával egyenlő csökkentést eredményezzen. Például gy húzott rúd vastagsága 18 mm, keresztmetszeti területe 2000 mm2. Az eltérések: 18 / 24 = 0,75 illetve 2000 / 2400 = 0,83. A kedvezőtlenebb eltérés a 0,75, azaz a csökkentő tényező km = 0,75 érté-két kell alkalmazni. Hengeres fa esetén (kérgezett, nőtt fa, tehát nem esztergált) ha a középátmérő 200 mm, vagy annál nagyobb, és a sudarasodás méte-renként legfeljebb 10 mm, akkor km = 1,10. ha a középátmérő legalább 150 mm és a sudarasodás méterenként legfel-jebb 10 mm, akkor km = 1,05 szorzót szabad alkalmazni.

Ívesen meghajlított elemek

Ívesen meghajlított rétegelt-ragasztott szerkezetek esetén az 6.3. táblázat-ban szereplő, rostokkal párhuzamos hajlító határfeszültséget (σHm-et)

0,67)h1500

r(k i +⋅

=

tényezővel szorozva kell számítani, ha a görbületi sugár (r ) és a legvasta-gabb elem (lamella) vastagságának aránya r / h < 500. r / h > 500r esetén a szorzótényező 1,0, vagy annál nagyobb, amelyet nem szabad figyelembe venni. A megengedett legkisebb görbületi sugár:

I. szilárdsági kategóriájú RR szerkezetek esetén r = 200 h,

II. szilárdsági kategóriájú RR szerkezetek esetén r = 250 h.

Talpgerendára támaszkodó oszlop

Az 6.4. ábrán vázolt oszlop alatt a talpgerendában ébredő rostokra merő-leges nyomó határfeszültséget




1,25

hl

4

bb0,52

kmin

1p ≤

−

⋅+

=

tényezővel szorozva szabad számításba venni. Az lmin / h viszonyszám legfeljebb 1,3 értékkel vehető figyelembe.

6.4. ábra. A pecsétnyomás számítás geometriája

Vízgőz hatása

Vízgőznek tartósan kitett szerkezetek esetén (90% relatív páratartalom felett) a vízgőz hatására létrejövő fanedvesség-változás figyelembevételén túl (ku) a határfeszültségeket kg = 0,9 szorzóval kell számítani.

Vízszintingadozás

A vízszintingadozásnak kitett telítetlen szerkezetek határfeszültségeit a 30% nedvességtartalomhoz tartozó csökkentésen túl, további kv = 0,8 szorzóval kell számítani.

Építőanyagok II. Aszfaltok



7. Aszfaltok

Magyarországon a közutak burkolata majdnem teljes mértékben aszfaltból készült.

7.1. Az aszfalt definíciója, összetétele Az aszfalt olyan építőanyag-keverék, amelyben különböző ásványi adalék-anyag-szemcséket bitumen vagy bitumenalapú kötőanyag von be, és ezál-tal ragasztja és köti össze. Az aszfalt szilárd részét az adalékanyag nagyobb szemcséi biztosítják, ezek adják a réteg teherhordó kővázát, a kisebb szemcsék a habarcsszerű kitöl-tésben játszanak szerepet. Az aszfaltkeverék adalékanyaga a zúzott-homok, zúzottkő, zúzalék, termé-szetes homok, homokos kavics. Az aszfaltkeverékek töltőanyaga, mely a burkolatban stabilizáló és hézagki-töltő szerepet tölt be, általában a mészkőliszt, de kivételesen alkalmazható exhausztor por, filter-pernye, cement stb. is. Az aszfaltkeverékek kötőanyaga a bitumen és ritkábban a hígított bitumen, melyeket a kőolaj lepárlása során állítanak elő. Az aszfalt beépítve a hengerlés és a forgalom hatására betömörödik, és stabil, nagy kohéziójú, vízzáró, sima, de mégis érdes felületű aszfaltréteget hoz létre, amely az időjárásnak (víz, napfény, oxigén) és a forgalom hatása-inak hosszú évekig képes jól ellenállni.

7.2. Aszfaltkeverékek A meleg kötőanyaggal kevert meleg adalékanyagok kedvező tulajdonságai-kat egyesítik, és ez eredményezi a melegaszfalt-keverék útburkolati köve-telményeket jól szolgáló tulajdonságait, melyek az alábbiak:

• melegen bedolgozható, • kihűlve megszilárdul, de rugalmas marad, • jó teherviselő, • tömör és jó vízzáró, • kopásellenálló, • időálló, és




• jó megjelenést biztosít.

A bitumen alapú speciális kötőanyaggal készült különböző típusú hideg-aszfalt-keverékek – melyeket kisforgalmú utak megerősítésére, profiljavítá-sára használnak kopórétegként vagy felületi bevonat készítése előtt, esetleg téli javításokhoz–, szintén több kedvező tulajdonsággal rendelkeznek:

• előállításuk környezetkímélő, • hidegen bedolgozhatók, • az előállítás és bedolgozás időben szétválasztható.

7.3. Aszfaltburkolatok Az aszfaltok sokféle változata különböztethető meg:

• az aszfalt anyagának összetétele és jellege, • előállítási módja, • a beépítés módja, • a burkolatszerkezetben elfoglalt helye és • teherviselő képessége szerint.

Az útpályaszerkezetekbe épített aszfaltokat célszerűen az aszfalt anyagá-nak összetétele, vagyis jellege, az előállítás technológiája és ezen belül asz-falttípusonként csoportosítják. A kevertaszfaltokat tovább csoportosítják a bedolgozásuk szerint henge-relt- és öntöttaszfaltokra. A különböző ásványi adalékanyagokból és kötőanyagokból előállított asz-faltok utántömörödő vagy tömör jellegűek lehetnek. Az előállítás technológiája szempontjából az aszfaltokat három csoportba sorolják:

• permetezéssel, • keveréssel és • habarcsosítással (keverés közben is melegítve) előállított aszfaltok.

7.3.1. Utántömörödő aszfaltok

Permetezéses utántömörödő bitumenes burkolatok

Ez esetben az aszfaltburkolat egy építési és egy hosszabb, ún. „aszfaltosodási” folyamatnak az eredménye. Ezek a körülmények megha-tározzák a burkolat viselkedésének jellegét. A keverés nélkül készülő bur-




kolatok esetében az adalékanyag – ez esetben inkább kőváz és kiékelő anyag – és a bitumenes kötőanyag az úttükörben kerül egymással kapcso-latba, rétegenként egymásra szórva, illetve permetezve. A keverés nélküli aszfaltok kötőanyaga általában a hígított bitumen. Ezek-nél a burkolatoknál a kőváz tehát lassan éri el teljes tömörségét, a forga-lom hatására utántömörödik.

Kevert, utántömörödő aszfaltburkolatok

Hideg vagy félmeleg eljárással – általában hígított bitumennel, vagy újab-ban egyéb bitumen alapú kötőanyaggal – a permetezési és itatási művelet helyett sokkal hatásosabb, keveréssel előállított aszfaltanyaggal készítik. A kevertaszfaltból könnyebb jó profilú, hullámmentes burkolatfelületet építeni. Nem kell az aszfaltosodás idején tartós utókezelési munkát végez-ni, mert az gyorsan bekövetkezik. Ezek a burkolatfajták is kis és közepes forgalomra alkalmasak. Megfelelő teherbíró útalapra építhetők. Az utántömörödő – vagy makadám rendszerű – aszfaltok tehát olyan ösz-szetételűek, hogy a készítésük során a hengerrel való tömörítés ellenére nem válnak végleges tömörségűvé, hanem a forgalom tömöríti be. Alap-követelmény, hogy folyamatos szemmegoszlású kevert utántömörödő aszfaltréteg nem lehet 3 cm-nél vastagabb, mert ennél vastagabb rétegből a hígítóanyag nem tud tökéletesen elpárologni. Az utántömörödő és tömör aszfaltrétegek különböző teherviselő képessé-gűek, melyet a pályaszerkezet méretezése és tervezése során figyelembe kell venni.

7.3.2. Tömör aszfaltok A tömör – beton rendszerű – aszfaltok olyan összetételűek, hogy beépíté-sük során hengerlés hatására érik el végleges tömörségük 95–100%-át. Meleg keveréses eljárással készülnek. A meleg kevertaszfaltok lényeges vonása a bedolgozás módja, melynek alapján az aszfaltkeverékeket felosztják:

• hengereltaszfaltokra, és • öntöttaszfaltokra.

A bedolgozhatóság az aszfalt leglényegesebb összetevőit és arányait meg-határozza. Az öntöttaszfaltok csoportja lényeges eltérő vonásokat mutat nemcsak a bedolgozás módja tekintetében, hanem a keverés technológiája szerint is.




Melegen hengerelt aszfaltbeton burkolatok

Az ebbe a csoportba tartozó aszfaltok legjellemzőbb közös tulajdonsága, hogy csak megfelelően magas hőmérsékleten építhetők be, tömörítésük csak melegen hengerelve biztosítható. Az útépítő gyakorlatban kialakultak azok az aszfaltbeton keverékfajták, amelyek az egyes pályaszerkezeti rétegeknek legjobban megfelelnek. Így vannak alapréteg építésére alkalmas aszfaltfajták, a pályaszerkezet tehervi-selő képességét fokozó, a kopó- és alapréteg együttdolgozását biztosító kötőréteghez alkalmas keverékek, és a különféle célra építendő kopóréte-gekhez alkalmas aszfaltbeton keveréktípusok. Ezeknek a pályaszerkezet-ben különböző szerep jut, ennek megfelelően kell az adott aszfaltanyagnak viselkednie. Ezt pedig leginkább az alkotóanyagaik milyensége (fajtája, minősége) és azok részaránya biztosítja. Általában a melegen hengerelt aszfaltok kőváza folyamatos szemmegoszlású: vagyis az igen finom szem-csétől a durva szemekig a szemcsék mérete folyamatosan változó. Az ilyen adalékra jellemző, hogy igen tömör állapot felvételére alkalmas. A benne lévő szabad hézag csekély, szerkezete a betonéhoz hasonló. Ezért is nevezik aszfaltbetonoknak az ilyen összetételű aszfaltokat. Adalékanyaguk sokféle lehet: zúzottkövek, zúzalékok, kohászati salakok stb., természetes, osztályozott és zúzott homokok, illetve természetes, osztályozott és zúzott kavicsok. Az UNZ és UKZ minőségű zúzalékok alkotják az aszfaltanyag kővázának jelentős részét. A „kőváz” elnevezés magáért beszél: a szilárd vázát adja az aszfaltnak. Megfelelő teherhordó váz csak jó minőségű, kubikus szemcsealakú zúza-lékból készíthető. A kőváz érdes felületű és sarkos zúzott homokot, és többnyire legömbölyödött szemcséjű természetes homokot is tartalmaz. Az ilyen összetételű „hézagos” kőváz nem tömöríthető kellő mértékben, ezért a kis hézagok kitöltésére finom szemcsékből álló töltőanyagot (fillert) is kevernek az aszfalt adalékanyagához. Töltőanyaguk is többféle lehet: mészkőliszt, cement illetve porleválasztó által leválasztott por. A mészkőlisztnek (fillernek) különleges szerepe van az aszfaltokban. Egy-részt kitölti a kis hézagokat, másrészt a mészkőből őrölt finom szemcsék porózusak, s így lekötik a bitumen lágyabb részeit. A bitumen a finom szemcsékkel habarcsot képez és a mészkőliszt ezt a bitumenes habarcsot szívósabbá teszi. A kőváz szemcséit stabil bitumenes habarcs vonja be, és erős ragasztást biztosít a keverék szemcséi között.




A melegen hengerelt aszfaltkeverékek kötőanyaga kemény (B-35/50), középkemény (B-50/70) és normál (B-70/100) keménységű bitumen, vagy ezek módosított változata. A bitumen azon tulajdonsága, hogy csak magas (150-170 °C) hőmérsékle-tűre felmelegítve képes keveréssel a kőváz szemcséit megfelelően bevonni, korlátozza az aszfaltkeverék bedolgozhatóságát. Az úti-bitumennel készített aszfaltbeton-keverék csak jóval 100 °C felett alkalmas megfelelő beépítésre. Az egyes aszfaltbeton keverékek összetéte-lére és mechanikai tulajdonságaira vonatkozó követelményeket szabvány írja elő. Meleg bitumenes út-pályaszerkezeti rétegek:

• meleg bitumenes útalapok (bitumenes kavics, javított bitumenes ka-vics);

• kötőrétegek; • burkolatok, melyek lehetnek:

• durva aszfaltbetonok; • finom aszfaltbetonok; • fokozott igénybevételű aszfaltbetonok; • érdesített homokaszfalt; • vízáteresztő aszfaltok;

7.4. Aszfaltkeverékek tervezése és gyártása

7.4.1. Aszfaltkeverékek tervezése Az aszfaltkeverék tervezésének célja, hogy meghatározza az adott aszfalt-fajta készítéséhez szükséges recepturát, vagyis a keverék készítéséhez fel-használandó alapanyagok részarányát. Az aszfalt tervezése két lényeges részből áll:

• az aszfalt kővázának megtervezése és • a kővázhoz szükséges bitumenmennyiség meghatározása.

A keverési előírás részletesen megadja az:

• adalékanyagok előadagolásának arányait (sebességét), • alkalmazott rosták méretét és a szétosztályozott anyagok egy keverési

adaghoz szükséges tömegét, • a töltőanyag bemérendő tömegét,




• a keverékben előírt bitumen tömegét, • keverési időket, • betartandó hőmérsékleteket stb.

Az aszfaltkeverés általános érvényű előírásait technológiai utasításban rög-zítik.

7.4.2. Aszfaltkeverő gépek A melegen hengerelt aszfaltburkolatok anyagainak előállításához csak nagy teljesítményű keverő berendezések alkalmasak. A keverőgép részei:

• előadagolók; • szárítóberendezés; • porleválasztó; • forró adalékanyag; • töltőanyag-adagoló berendezés; • bitumen-előmelegítés, hevítés, mérlegelés és adagolás; • keverő berendezés; • melegaszfalt-tároló berendezés; • aszfaltkeverőgép vezérlőegysége.

Aszfalt-keverőtelepi laboratórium szerepe, az üzemi technológiai folyama-tok ellenőrzése. A legmodernebb automatikával felszerelt gépek sem képesek ellenőrző tevékenység nélkül egyenletes, jó minőségű termék előállítására. A labora-tóriumi vizsgálatok alapján megtervezett aszfaltösszetétel folyamatosan csak úgy biztosítható, ha a laboratórium a gyártással kapcsolatban az aláb-bi vizsgálatokat és méréseket folyamatosan elvégzi:

• keverőtelepre érkező anyagok vizsgálata az aszfaltkeveréshez, • gépbeállítások és ellenőrző mérések üzem közben, • a termék minőségének folyamatos ellenőrzése, a szükséges gépbeállí-

tás-módosítások meghatározása.

7.5. Öntöttaszfalt burkolatok Az öntöttaszfalt burkolatok a hengerelt aszfaltburkolatoktól az öntött-aszfalt eltérő tulajdonságaival jellemezhetők:




• az öntöttaszfalt lényegesen több habarcsot tartalmaz, • kötőanyagként igen kemény bitument alkalmaznak, • készítése tartósabb keverést, főzést igényel, • az öntöttaszfalt nem tartalmaz szabad hézagot, • bedolgozása 200 °C feletti hőmérsékleten öntéssel történik, • élettartama felülmúlja bármelyik más aszfaltburkolat élettartamát.

Az aszfaltburkolatok közül ez a legértékesebb burkolatfajta, a legnehezebb forgalmi igények kielégítésére is alkalmas. Anyagi összetétele és igényes keverési és beépítési módja miatt az építési költsége kb. kétszerese a hen-gerelt aszfaltburkolatok építési költségének. A beépítési módja viszont lehetőséget ad olyan helyeken történő alkalmazásra, ahol hengerelt aszfalt készítésére nincs lehetőség (pl. ipari csarnokok).

Öntöttaszfalt burkolatok fajtái

Rendeltetésük szerint megkülönböztetnek:

• nehéz álló vagy közúti forgalomra, • gyalogos-, ill. kerékpárutak számára épített öntöttaszfalt burkolatokat, • saválló burkolatokat, • szikramentes öntöttaszfalt burkolatokat.

Kötőanyaguk az öntöttaszfalt fajtájától függően kemény, ill. nagyon ke-mény bitumen.

Öntöttaszfalt anyagai

Adalékanyagok:

• Útburkolatok aszfaltjához kopásálló ásványi zúzalékot, természetes és zúzott homokot, mészkőlisztet és nagyobb keménységű bitument al-kalmaznak.

• Különleges célokat szolgáló saválló öntöttaszfalt keverékbe sem mész-kő zúzalék, sem mészkőliszt nem használható, mert savak hatására el-bomlanak.

• Szikramentes öntöttaszfalt adalékanyaga kizárólag mészkő alapanyagú lehet.

Kötőanyagok: Öntöttaszfaltok kötőanyaga a kemény és nagyon kemény bitumen.




Az öntöttaszfaltok töltőanyagtartalma és kötőanyagtartalma a hengerelt aszfaltokéhoz képest igen magas, a nagy habarcstartalom teljesen tömör, hézagmentes aszfaltréteg építését teszi lehetővé. Az öntöttaszfaltok előállí-tását az összetevők magas hőmérsékleten történő keverésével, főzésével végzik. Az aszfalttípusokat jellege és előállítási technológiája szerint a 7.1. ábrán foglaltuk össze.

Aszfaltrétegek

Utántömörödõ

Permetezés Keverés

Felületibevonás

Itatottaszfaltmakadám

Kötõzúzalékosaszfaltmakadám

Kevertaszfaltmakadám

Hideg bitumenesszerkezeti rétegek

Hengereltaszfaltrétegek

Tömör

Keverés Habarcsosítás

Aszfaltbetonburkolatok

Melegbitumenes

szerkezeti rétegek

Öntöttaszfalt

Nem hengereltteljesen tömöraszfaltrétegek

Beépítés technológiája

Aszfalt típus

Elõállítás technológiája

Jellege

7.1. ábra. Az aszfalttípusok összefoglalása jellegük és előállítási

technológiájuk alapján

Építőanyagok II. Minőségbiztosítás



8. Minőségbiztosítás

8.1. A minőség A minőség a sikeres üzlet egyik feltételévé vált, a vállalatok az éles és egyre globalizálódó versenyben hatalmas arányú átalakulásokra hajlandók, amelynek egyik legfontosabb célja a minőség javítása, és ezen keresztül a vevők és a megrendelések megszerzése, megtartása. A megfelelő minőség a nyereség elérésének egyik legfontosabb eszköze. Képet kívánunk adni a minőségbiztosítás lehetőségeiről, eszközeiről és módszertanáról. A téma iránt mélyebben érdeklődőknek felhívjuk a fi-gyelmét a Minőségbiztosítás című tantárgyra.

8.1.1. A minőség jelentése A minőség azt jelenti, hogy egy termék vagy szolgáltatás megfelel a rá vo-natkozó követelményeknek, rendelkezik azokkal a tulajdonságokkal, ame-lyek a rendletetésre alkalmassá teszik. A követelményt előírhatja valami-lyen szabvány, vagy meghatározhatja a vevő, a megrendelő. Azaz a termék vagy a szolgáltatás tulajdonságai, mérhető vagy nem mérhető jellemzői meg kell, hogy feleljenek az így meghatározott specifikációnak. A rendel-tetésnek való megfelelés követelménye is alapvető, hiszen a vevő a termé-ket meghatározott célra kívánja felhasználni, és a vásárolt dolognak erre a célra alkalmasnak kell lennie. A specifikáció tehát a termék vagy szolgál-tatás jellemzőit, a rendeltetésre való alkalmasság pedig a vevői igé-nyeket határozza meg.

8.1.2. A minőség érdekeltjei A gazdasági ügyletek két szereplője, az értékesítést végző vállalat (ter-melő, szolgáltató, az ügyletre vonatkozó szerződés kötelezettje) és a vevő (megrendelő, megbízó, az ügyleti szerződés jogosultja) tehát érdekelt a megfelelő minőségben. E két kategóriába mindenki beletartozik, mert mire az alapanyagokból a végső fogyasztásra alkalmas termék vagy szolgál-tatás lesz, számos ügylet jön létre. A minőség már csak az érdekeltek nagy száma miatt is közérdeknek tekinthető.

8.1.3. A termékellenőrzés és a minőségbiztosítása A minőségi gondolkodás a termelési módok és a termelési körülmények változásával összhangban fejlődött. Az egyedi darabokat előállító ipar-ágakban nyilván más módszerkezet kell használni, mint a tömegtermelés-




nél. A huszadik század második felében ugrásszerűen fejlődött a szolgálta-tási szektor, ami a minőségi szemlélet forradalmi változásával járt. A mesterek és a céhek által meghatározott korszakban az volt a jellemző, hogy a mester maga ellenőrizte a munkáját. A minőséget a szokásjog írta elő. A manufaktúrák és a tömegtermelés korai szakaszában a minőséget utólag ellenőrizték. A termék minőségének ellenőrzése mára már külön szakterületté vált. A huszadik századi tömegtermelés méretei, sorozatnagyságai kikényszerítették az új módszerek alkalmazását. A húszas évek elejétől beszélhetünk folyamatközi ellenőrzésekről, és alkalmaznak statisztikai módszereket. A folyamat közbeni ellenőrzéseket és beavatkozásokat, a gazdaságosság igénye tette szükségessé.

8.2. Szabványok, szabványosítás

8.2.1. A szabványosítás jelentősége A szabványosítás alapvetően a piaci szereplők érdeke. Az írott – és egy szakmában általánosan ismert – szabványok megkönnyítik az üzleti tranz-akciókat, mert a szerződésekben a termék, a szolgáltatás, vagy valamilyen eljárás részletes leírása helyett egyszerűen egy szabványra lehet hivatkozni.

8.2.2. A szabványok fajtái A szabványok sokféleképpen csoportosíthatók, itt három csoportot kü-lönböztetünk meg. A mérésekre, mérő- és vizsgálóeszközökre vonatkozó szabványok egy-egy általánosan elfogadott eljárást írnak elő. Céljuk az, hogy a szakma szempontjából fontos jellemzőket egységesen értelmezzék, azonos módon állapítsák meg. Az ebbe a körbe tartozó szabványok nagy része általánosan ismert és elfogadott. A második nagy csoport a termékszabványok köre. A szabványok célja a termék méreteinek, lényeges tulajdonságainak, jellemzőinek meghatározá-sa. Azért készülnek, hogy a termék használható, más termékekkel össze-építhető, ún. kompatibilis legyen. A szabványosított természetesen mindig szerepet játszottak az erős alku-pozícióval bíró fogyasztók, megrendelők, főként a hadseregek és a kormá-nyok, a többiek kénytelenek alkalmazkodni. Ezek hozták létre a rendszer-szabványokat. Ez olyan keretet biztosít, amelynek megfelelő saját eljárási rendet alakít ki a vállalat.




A rendszerszabványokkal azért kell külön foglalkozni, mert nagyon eltér-nek a konkrét és pontos leírásokat, eljárásmódokat leíró szabványoktól. A legnagyobb eltérés ott van, hogy ezek a szabványok csak követelményeket fogalmaznak meg, a megoldás módját nem adják meg, tehát például a nemzetközi ISO-szabványok általánosan alkalmazhatók valamennyi ipar-ágban.

8.2.3. A szabványosítás szervezetei A szabványokat vállalatok, kutatóintézetek és szakmai szervezetek készítik el, a nemzetközi szabványokat a szabványosítás szervezetei öntik végső formába (kodifikálják) és adják ki. Az általános és fontos területeken nem-zeti szabványosítási szervezetek adnak ki szabványokat. A nemzeti szerve-zetek egymással kapcsolatban vannak. A szakmai szervezetek és a nemzeti szabványosítási szervezetek is tagjai lehetnek a különféle nemzetközi (és európai) szabványügyi szervezeteknek.

8.2.4. Minőségügyi szabványok, intézmények és szervezetek Az ISO minőségügyi szabványai ma már világszerte elfogadottak. A rend-szerszabványok közvetlen elődje a BS 5750 számú brit szabvány volt. 1979-ben lépett életbe, és ez alapján a brit kormány, hatalmas minőségi kampányt indított, támogatásával létrejöttek a minőségügy alapvető szer-vezetei. A szabványosítás nagy húzóágazatai, pl.: a hadiipar, államvasutak, autóipar, stb.

8.2.5. Minőséggel kapcsolatos jogintézmények A minőség kérdése számos jogterületet érint, tételesen felsorolhatatlanok azok a jogszabályok, amelyek kapcsolatba hozhatók a minőségüggyel. Elsőként kell megemlíteni a szabványosításról és az akkreditálásról szóló törvényeket, mint a minőségügy alapvető jogintézményeit meghatározó jogszabályokat.

8.3. A minőség gazdasági hatásai

8.3.1. A minőség költségei A minőség költségeit három nagy csoportra oszthatjuk: az első csoportot a minőség érdekében tett megelőző jellegű intézkedések költségei, a máso-dikat a termelési, gyártási minőségköltségek, a harmadikat a hibás termé-kekből származó veszteségjellegű költségek okozzák.




A megelőző jellegű költségek közé sorolhatók a minőségi munka elérése érdekében kifejtett tevékenységek költségei, például a megelőző jellegű mérések, minősítések, a személyzet oktatása, a termék és a termelés meg-tervezése során felmerülő kiadások. A minőségbiztosítási rendszer kiépíté-sének és működtetésének költségei is ide sorolhatók. A felkészülés vállalati többletköltségei, a tanácsadó és az auditor díja jelentik az egyszeri költsé-geket, a rendszer fenntartása folyamatos költségeket okoz. A termelési gyakorlati minőségköltségek a gyártás közbeni és a végső el-lenőrzések személyi és technikai feltételeihez tartozó költségek.

8.3.2. A minőség hasznai A minőség hasznai csak közvetve, a piaci kapcsolatokon keresztül érvé-nyesülhetnek, vagyis egyértelműen ki vagyunk szolgáltatva a piaci kereslet összetételének. Ismét hangsúlyozni kell, hogy a megfelelő minőség nem abszolút kategória, a minőségnek a vevői igényekkel kell találkoznia.

8.3.3. A költségek és hasznok (bevételek) összefüggései A dolog elvileg egyszerű: ha a minőség színvonalának egységnyi növelése egyre növekvő költségekkel jár, miközben a bevételek egyre csökkenő ütemben növekednek, akkor a minőség fokozása addig célszerű, amíg a költségnövekedés a bevétel növekedés alatt marad. Ahol a két növekedési ütem azonos, optimális minőségi színvonalnak tekinthető, mert a bevéte-lek és a ráfordítások különbsége (a nyereség) ekkor a legnagyobb.

8.4. A minőségbiztosítás folyamata, szereplők

8.4.1. A minőségbiztosítás bevezetésének folyamata A bevezetés első lépése és feltétele a vezetők egyöntetű és egyértelmű szándékának és elkötelezettségének kialakítása. A meghatározó vezetők csoportjának kifejezetten támogatnia kell az ügyet. Ez a csoport hozhat döntést a munka megkezdéséről.

8.5. A minőségügyi dokumentációk A minőségi rendszernek egyik alapvető követelménye a megfelelő doku-mentálás. A dokumentáció igénye kettős: a minőségi rendszer alapdokumentumait kell elkészíteni, valamint a rendszer működésének állandó dokumentálását kell megoldani.




A dokumentumok négy szintet alkotnak. Az első szinten helyezkedik el a minőségügyi kézikönyv. Tartalmazza a vállalat minőségpolitikáját, a szervezetre, a felelősségre és a hatáskörökre vonatkozó legfontosabb előírásokat. A második szinten áll az eljárások kézikönyve, a munkautasítások jelentik a harmadik szintet, a negyedik szintet a minőségi bizonylatok, kiegészítő dokumentumok fog-lalják el.

8.6. Ellenőrző, mérő- és vizsgálóberendezések A szabvány megköveteli, hogy a vállalat tartsa ellenőrzése alatt a szükséges mérőeszközöket. A tanácsadók gyakorlati tapasztalatai szerint a vállalati minőségügyi rendszernek a mérőeszközökre vonatkozó szabályozását nagyon nehéz elkészíteni. A gyakorlatban betartani, ezeket a szabályokat még nehezebb. Dokumentált eljárások legyenek azoknak az eszközöknek a rendszeres kalibrálására, amelyekkel a termékellenőrzéseket és vizsgálatokat végzik. Ismerni kell a mérési bizonytalanságokat, azoknak összhangban kell állni-uk a mérési képességekkel. Az eszközök jellemző műszaki adatainak hoz-záférhetőnek kell lenniük. A szabványos működés feltételezi:

• a mérésekhez a megfelelő eszköz használatát; • az elfogadott eszközökről készített listát, az eszközök rendszeres kalib-

rálását elismert etalonokhoz; • a kalibrálási folyamat meghatározását, a berendezések elhelyezését, a

kalibrálás gyakoriságát, az elfogadási kritériumokat és módszereket; • a kalibrált állapotjelölési módját; • a kalibrációs feljegyzések vezetését; • a korábbi ellenőrzések eredményének értékelését, ha a berendezésről

kiderül, hogy már nincs kalibrált állapotban; • a kalibrálás megfelelő környezeti feltételeit; • a berendezések megfelelő kezelését, tárolását, hogy azok megőrizzék

pontosságukat és használatra való alkalmasságukat; • a mérőeszközök védelmét.

A mérőeszközöknél figyelembe kell venni a már említett mérésügyi jog-szabályokat, szabványokat.

Építőanyagok II. Irodalomjegyzék



Irodalomjegyzék

Itt kívánom felhívni a figyelmet arra, hogy ez egy szerkesztett jegyzet, a legtöbb ábrát az alább felsorolt tankönyvekből, ill. jegyzetekből vettem át, amit az ábraszövegek végén [1]…. [9] jeleztem. [1] Dr Tóth Zoltán: Építőanyagok I J 19-375, Budapest, Tankönyvkiadó, 1991. [2] Dr Tóth Zoltán: Építőanyagok II J 19-375, Budapest, Tankönyvkiadó, 1991. [3] Dr Balázs György: Építőanyagok és kémia, Budapest, Tankönyvkiadó, 1984. [4] Dr Palotás László:Általános anyagismeret, Budapest, Akadémiai kiadó, 1977. [5] Dr. Borján József: Közúti betonburkolatok és műtárgyak roncsolásmentes vizsgálata Schmidt-kalapáccsal és ultrahanggal Útügyi műszaki előírás Út 2-2.204:1999 [6] Burák János: Anyagtan és kémiai technológia, Tankönyvkiadó, Buda-pest, 1997. [7] Dr. Bálint Júlianna: Építőanyagok gyakorlati segédlet, Tankönyvkiadó, Budapest, 1991. [8] Dr. Horváth Sándor: Faanyagú szerkezetek alkalmazása a magas és mélyépítésben, Tankönyvkiadó, Budapest, 1992. [9] Dr.Csellár-Szépe: Táblázatok acélszerkezetek méretezésé-hez,Tankönyvkiadó, Budapest, 1997.

Molnár Viktor - szaki.interpont.huszaki.interpont.hu/Jegyzetek_tankonyvek/Epitoanyagok_II.pdf · dulus a görbe feletti terület mérőszámát adja meg, a szemmegoszlási görbe

Documents