BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM

Építőmérnöki Kar Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

Beton helyszíni vízzáróság vizsgálata

Tudományos Diákköri Dolgozat

Készítette: ------------------ Simon Csaba III. évf. hallg.

------------------ Szücs András Gábor

III. évf. hallg.

Konzulens: ------------------

Dr. Borosnyói Adorján egyetemi adjunktus

Budapest, 2005. november 11.

– 1 –

TARTALOMJEGYZÉK

1. BEVEZETÉS -3-

1.1. Előzmények -3- 1.2. A dolgozat célja -3-

2. IRODALOMKUTATÁS -4-

2.1. Általános betonismeret -4- 2.1.1. A beton fogalma -4- 2.1.2. A beton alkotórészei -4-

2.1.2.1. Az adalékanyag -4- 2.1.2.2. A kötőanyag -5- 2.1.2.3. A víz -6- 2.1.2.4. A levegő -7- 2.1.2.5. Adalékszerek -7-

2.1.3. A beton hibái és a mai betontechnológia jellemzői -8- 2.1.4. A betonok tulajdonságai -8-

2.2. Vízzáró beton -9- 2.2.1. Az vízzáró beton fogalma, definíciója -9- 2.2.2. A beton és a betonból készített szerkezet vízzárósága -11- 2.2.3. A vízzáró betonból készített szerkezetek -12- 2.2.4. A vízmolekulák mozgása a betonban -14- 2.2.5. A vízzáró beton alapanyagai -16-

2.2.5.1. A cement -16- 2.2.5.2. Az adalékanyag -17- 2.2.5.3. Az adalékszer -19-

2.2.6. A beton összetétele -19- 2.2.7. A vízzáró beton készítése -21- 2.2.8. A beton repedezése -22-

2.2.8.1. A repedezés okai -22- 2.2.8.2. Plasztikus zsugorodási és plasztikus ülepedési

repedések -24- 2.2.8.3. Közvetlen teher okozta repedezés -26- 2.2.8.4. Alakváltozásokból származó repedések -27- 2.2.8.5. A repedezés illeszkedése a vasaláshoz -28- 2.2.8.6. A repedezés következményei -29-

2.2.9. Minőségbiztosítás, minőségtanúsítás -30- 2.3. Vizsgálati módszerek: -31-

2.3.1. Szabvány -31-

– 2 –

3. KISÉRLETEK FELDOLGOZÁSA -39-

3.1. Kísérletek megtervezése -39- 3.1.1. A GWT-4000 műszeregység bemutatása -39- 3.1.2. A kísérletek megtervezése -42-

3.2. Vizsgálatok -44- 3.3. Értékelés -45- 3.4. Jövőbeni kutatások -47-

4. ÖSSZEFOGLALÁS -47-

5. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS -48-

6. HIVATKOZÁSOK -49-

7. SUMMARY IN ENGLISH -50-

– 3 –

1. BEVEZETÉS

1.1. Előzmények

Napjainkban az egyik legfontosabb építőanyag a beton. A ma épülő mérnöki létesítmények nagy részéhez nélkülözhetetlen. Széleskörű alkalmazásából adódóan, a felhasználástól függően a betonnak különböző követelményeket kell teljesítenie. Ilyen követelmény lehet egy út esetében a fagyállóság, alaptestek esetében -ha agresszív talajvíz veszi körül- a szulfát állóság, egy atomerőmű esetében a káros sugárzások leárnyékolása, nagy mechanikai igénybevétel esetén a megfelelően nagy szilárdság stb.

Ezen igények közé tartozik a vízzáróság is, amellyel kapcsolatban itt rögtön a dolgozat elején szeretnénk megjegyezni, hogy teljesen vízzáró beton nincsen, a beton vízzáróságán csupán a víz áthatolásával szembeni ellenállás nagyságát értjük. Ennek mértéke minden vízzel kapcsolatba kerülő betonfelület esetében fontos lehet, különösen azoknál a létesítményeknél, ahol a betonfelületet támadó víz túlnyomás alatt van például gátak, hidak, pincefalak, mélygarázsok stb. esetében. Jelentősége az acélbetétek korrózió elleni védelme miatt is nagy.

A beton vízzáróságának mértéke, több tényezőtől függ. Ezek közül a legfontosabb a keverék, az adalékanyag szemeloszlási görbéje folytonos kell, hogy legyen, nem lehetnek lépcsők a frakciók között. Fontos befolyásoló tényező még a helyszíni bedolgozás módja és a beton utókezelése. Ha nincs kellőképpen betömörítve a keverék, a nagy porozitás miatt a vízzáróság is rossz lesz. Ugyanakkor ha túlvibrálják a frissbetont, a keverékben található adalékanyag frakciók szétosztályozódnak és ebben az esetben is rossz vízzáróságú betont kapunk.

A vízzáróságot szabványos vizsgálattal nem lehet a helyszínen meghatározni, hanem a szerkezethez alkalmazott betonból próbatesteket kell készíteni, melyeket azután hosszadalmas (több napig tartó) laboratóriumi vizsgálatok segítségével lehet vízzárósági osztályokba sorolni. Ennek a vizsgálati módszernek legnagyobb hátránya, hogy nem a megépült szerkezetet vizsgálja, hanem a gondosan elkészített próbatesteket. A szabványos vizsgálat során, a próbatestek egyik felületét szabványos mértékben víznyomás alá helyezik és meghatározott idő elteltével a próbatestet kettéhasítva lemérhető a víz behatolásának mélysége. Felmerül az igény egy olyan vizsgálati módszerre is, amellyel a tényleges szerkezet is vizsgálható.

Dolgozatunkban először áttekintést adunk általánosan a betonról és a vízzáróságot befolyásoló tényezőkről, ezután egy olyan vizsgálati módszert mutatunk be, amely alkalmas arra, hogy a szerkezet vízzáróságát közelítőleg meghatározhassuk.

1.2. A dolgozat célja

A dolgozat elsődleges célja, a beton időigényes, szabványos laboratóriumi vízzárósági vizsgálata és egy egyszerűbb, gyors helyszíni vizsgálat közötti kapcsolat meghatározása. A cél egy olyan összefüggés felállítása volt, amely a két vizsgálat kimeneti értékeit párosítja össze, és ezzel a helyszínen is végrehajtható vizsgálattal meghatározhatóvá teszi a betonszerkezet vízzárósági fokozatát.

– 4 –

2. IRODALOMKUTATÁS

2.1. Általános betonismeret

2.1.1. A beton fogalma

A beton mesterséges építőanyag, amelyet kötőanyag, víz, adalékanyag és esetleg adalékszer keverékéből állítanak elő. Készítéskor lágy, alakítható, majd a kötőanyag és a víz közt meginduló fizikai és kémiai folyamatok hatására előbb megköt, majd fokozatosan szilárdul és mesterséges kővé alakul. (Balázs, 1994; Mindess, Young, 1981).

A mérnöki gyakorlatban egyéb kötőanyaggal, pl. műgyantával vagy bitumennel készített betonokat (plasztbeton, aszfaltbeton stb.) is alkalmaznak, de mi kizárólag a cement kötőanyagú betonokkal foglakozunk.

2.1.2. A beton alkotórészei

A beton alkotórészei, alapanyagai: a kötőanyag, a víz, az adalékanyag, az adalékszer és a hézagokat kitöltő levegő. (Palotás – Balázs, 1980). A betonban a négy alkotó mindegyikének más a feladata.

2.1.2.1. Az adalékanyag Az adalékanyag tölti ki a beton térfogatának legnagyobb részét és alkotja annak szilárd

vázát. (Ujhelyi, 1973) A beton- és habarcstechnológiában adalékanyagnak a természetes és mesterséges

eredetű, a természetben aprózódott, vagy iparilag aprított (tört), esetleg granulált szemhalmazokat nevezzük, amelyek a kötőanyagon, a vízen, az adalékszeren kívül a betonok és a habarcsok fő alkotórészei, és összességükben a betonok és habarcsok üregmentes térfogatának legalább 50-60 %-át kitöltik.

A beton adalékanyag legnagyobb szemnagysága nagyobb, mint 4 mm, általában legalább 8 mm.

Az adalékanyag kiszárított állapotban, testsűrűsége szerint nehéz (sugárvédő) adalékanyag (> 3000 kg/m3), vagy közönséges (normál) adalékanyag (2001-3000 kg/m3), vagy könnyű adalékanyag (≤ 2000 kg/m3). Az adalékanyagot akkor is könnyűnek tekintik, ha laza, kiszárított állapotban mért halmazsűrűsége nem több, mint 1200 kg/m3 (MSZ EN 206-1:2002). A különleges tulajdonságú betonban betöltött szerepe alapján beszélünk különleges adalékanyagról.

A közönséges (normál) adalékanyag általában természetes, ritkán mesterséges eredetű. A természetes eredetűek kőzetek, a mesterséges eredetűek ipari hulladékok:

• A legelterjedtebben használt természetes eredetű beton és habarcs adalékanyag a laza törmelékes kőzetek csoportjába tartozó homok, kavics, homokos kavics, amely a víz (ritkán a szél, esetleg a gleccser) szállító hatására, természetes módon aprózódott, ezért általában törés nélkül, mosás és osztályozás után, ritkábban ezek nélkül is alkalmas beton és habarcs készítésére.

A homok szemnagysága kisebb, mint 4 mm. Kvarctartalma általában több, mint 70 tömeg%. A kvarc kísérő ásványai a földpátok, muszkovit (csillám), biotit, gránát, amfibol, piroxén, kalcit stb. Ha a homok élő vízfolyásból származik, akkor folyami homok (szögletes szemalakú), ha egykor volt vízfolyás hordaléka vagy tó partján

– 5 –

található, akkor bányahomok (gömbölyű szemalakú), ha szélhordta, akkor futóhomok a neve.

A kavics szemnagysága nagyobb, mint 4 mm. Összetétele az anyakőzet összetételétől függ, így lehet például kvarckavics, andezitkavics, gránitkavics, mészkőkavics stb. A kavics a víz görgető munkája hatására legömbölyödött, és a homokhoz hasonlóan lehet folyami kavics vagy bányakavics. A kavics önmagában ritkán, általában homok jelenlétében fordul elő, ilyenkor homokos kavicsnak nevezzük.

A homok, kavics, homokos kavics kitermelése többnyire víz alól, kotrással történik, kivéve a kis mélységű homok előfordulásokat, valamint a futóhomokot.

• Összetöredezett, természetes aprózódású, szögletes szemalakú, laza törmelékes kőzet a murva (például dolomitmurva, gránitdara), amely ha időálló, akkor törés nélkül, közönséges (normál) adalékanyagként beton készítésére alkalmas lehet.

• Aprítani (törni, zúzni, őrölni), majd osztályozni kell a robbantással kitermelt (jövesztett) mélységi (például gránit), kiömlési (például bazalt, andezit, dácit, riolit, diabáz), összeálló törmelékes (például grauwacke), vegyi üledékes (például tömött mészkő, dolomit) kőzetekből származó adalékanyagot, amelynek szemalakja szögletes. A szemnagyságtól függően zúzottkőnek, kőpornak (legnagyobb szemnagysága legfeljebb 4 mm), kőlisztnek (legnagyobb szemnagysága legfeljebb 0,63 mm) nevezzük. A kőpor és a kőliszt anyaga általában mészkő vagy dolomit.

• Aprítani (törni, zúzni, őrölni), majd osztályozni kell a robbantással kitermelt (jövesztett) mélységi (például gránit), kiömlési (például bazalt, andezit, dácit, riolit, diabáz), összeálló törmelékes (például grauwacke), vegyi üledékes (például tömött mészkő, dolomit) kőzetekből származó adalékanyagot, amelynek szemalakja szögletes. A szemnagyságtól függően zúzottkőnek, kőpornak (legnagyobb szemnagysága legfeljebb 4 mm), kőlisztnek (legnagyobb szemnagysága legfeljebb 0,63 mm) nevezzük. A kőpor és a kőliszt anyaga általában mészkő vagy dolomit.

• Mesterséges eredetű, közönséges (normál) adalékanyag az építőipari bontási törmelék, mint a betontöret, esetleg a vegyes (beton + tégla) töret.

Az adalékanyag jellemzése eredete, ásványi vagy kémiai összetétele, hidrotechnikai tulajdonságai (például vízfelvétel), szilárdsági, kőzetfizikai tulajdonságai, szemszerkezete (szemmegoszlás, szemalak, érdesség), időállósága, tisztasága alapján történik.

A beton adalékanyaga általában többféle szemhalmaz (frakció) keveréke. (Kausay, 2003a)

2.1.2.2. A kötőanyag Kötőanyagnak a különféle építési célú keverékek aktív összetevőit nevezzük, amelyek

fizikai vagy kémiai folyamat révén tartós kohéziót adnak az inert adalékanyag, a kötőanyag és egyéb anyagok (leggyakrabban víz) keverékéből előállított építőanyagnak. A kötőanyagokat többféle szempont szerint lehet csoportba sorolni, a kötőanyag lehet:

– természetes (pl. agyag, bitumen, gyanta), mesterséges (pl. égetett mész, gipsz, magnézia, cement, kátrány, műanyag);

– szervetlen (pl. agyag, mész, gipsz, magnézia, cement), szerves (pl. bitumen, kátrány, enyv, gyanta, műanyag);

– folyékony (pl. bitumen, kátrány, nátron-vízüveg), szilárd (pl. égetett mész, gipsz, magnézia, cement);

– 6 –

– fizikai folyamattal kötő (pl. agyag, bitumen, enyv, nátron-vízüveg), kémiai folyamattal kötő (pl. mész, gipsz, magnézia, cement);

– levegőn szilárduló (pl. agyag, mész, gipsz, magnézia, nátron-vízüveg, műanyag), hidraulikus, azaz víz alatt is szilárduló (pl. cement), gyengén hidraulikus (pl. hidraulikus mész, románcement vagy románmész, mészpuccolán) , hidraulit vagy hidraulikus kiegészítő anyag (pl. trasz, kohósalak, pernye).

(Kausay, 2003a)

A továbbiakban a cementkötőanyagú betonokkal foglalkozunk. A cement a beton legaktívabb eleme, vízzel elkeverve kötőanyagként az adalék laza

halmazát erős felületi kötéssel szilárd testté alakítja. (Ujhelyi, 1973) A cement alapanyaga, illetve kémiai összetétele szerint szilikátcementeket vagy eredeti

nevükön portlandcementeket és aluminátcementeket vagy hazai nevükön bauxitcementeket különböztetünk meg.

A portlandcementek fő alkotói a megfelelő mennyiségű mészkő és agyag zsugorodásig való égetése által előállított klinker és a kötésszabályozás céljából hozzáadott gipszkő, melyet együttesen finomra őrölnek. A portlandcementklinker és a kb. 4-5 m% gipszkő együttesen adja a tiszta portlandcementet. Azokat a portlandcementeket, amelyek legalább 10 m% hidraulikus pótlékot tartalmaznak, heterogén cementnek nevezzük és a cement fajtájának megadásakor a hidraulikus pótlék mennyiségét és minőségét is megadjuk.

Az aluminátcementeket megfelelő arányú mészkő és alumíniumvegyület vagy alumíniumtartalmú kőzet égetése során nyerik. Míg a portlandcementek fő alkotói a kalcium-szilikátok, addig az aluminátcementeké a kalcium-aluminátok. Lényeges különbség még a két cement között az is, hogy az aluminátcementek sokkal gyorsabban szilárdulnak és a kezdeti időszakban nagyobb szilárdságot érnek el. Sokkal nagyobb a fejlődött hőmennyiség is. A későbbi időszakban a portlandcementekből stabil kalcium-szilikát-hidrát és kalcium-aluminát-hidrát vegyületek keletkeznek. Ezzel szemben aluminátcementekből instabil kalcium-aluminát-hidrát vegyületek képződnek, amelyek idővel átkristályosodnak. A folyamat végén kis szilárdságú alumínium-hidroxid-gél és kalcium-karbonát keletkezik, tehát a bauxitcement szilárdsága idővel lényegesen csökken, azonban száraz környezeti feltételek esetén enyhe visszaszilárdulás figyelhető meg.

Napjainkban a portlandcementet tekintik a legfontosabb kötőanyagnak, míg a bauxitcementtel épített létesítmények éppen az átkristályosodási folyamat és az azt követő szilárdságcsökkenés miatt sok műszaki problémát okoznak. Az építőiparban bauxitcementet napjainkban csak tűzálló betonok kötőanyagául használnak fel. (Balázs, 1983) A beton- és vasbetonszerkezetek betonjának készítéséhez általában portlandcementet, kohósalak- és pernye-portlandcementet, kis hőfejlesztésű portlandcementet, fehér és színes portlandcementet, kohósalakcementet és különleges cementet (pl. sugárvédő betonokhoz) használunk. (Palotás – Balázs, 1980)

Hazánkban Vácott, Beremenden, Hejőcsabán és Lábatlanban gyártanak portlandcementeket.

2.1.2.3. A víz A lakosság ivóvízellátására szolgáló víz – kivéve a gyógyvizet, ásványvizet, hévizet –

keverővíz céljára vizsgálat nélkül is megfelel. A természetes víznyerőhelyek vizét felhasználás előtt meg kell vizsgálni. Keverővízként olaj-, zsír-, kálisó- és cukortartalmú vizek nem használhatók, ezért különösen gondosan kell megvizsgálni azokat a vizeket, amelyekbe ipari vagy mezőgazdasági szennyvíz juthat. (Balázs, 1994)

A víz a betonban egyfelől lehetővé teszi a cement kémiai átalakulását, nagy fajlagos felületű kötésképes hidrátvegyületek kialakulását, másfelől csökkenti a friss betonkeverék belső súrlódását, lehetővé teszi annak könnyebb kezelését és tömörítését. A cement

– 7 –

hidratációjához szükséges vízmennyiség sokkal kisebb (általában a cement tömegének 20-25%-a), mint amennyit a beton jó bedolgozhatósága igényel a jelenlegi tömörítési módszerek mellett.

A megszilárdult cement-víz keverék (a cementkő) szerkezetét világszerte a Powers–Brownyard modellel jellemzi. E szerint a cementkő pórusos anyag, amelynek szilárd része egyfelől nagyon finom eloszlású kolloid méretű szemcsékből álló gélből, másfelől ebbe beágyazott lényegesen nagyobb méretű kristályokból áll. A víz a cementkőben háromféleképpen helyezkedhet el:

— kémiailag kötött víz, amely beépül a hidrátvegyületek szerkezetébe; — adszorbeált víz, amely fizikailag kötött állapota miatt lehetővé teszi a nagy

felületű gélek egymáshoz tapadását; — a cementkő kapillárisaiban elhelyezkedő szabad víz.

(Ujhelyi, 1973)

2.1.2.4. A levegő A levegő a betonnak az az alkotója, amelynek jelenléte (különleges esetektől eltekintve)

nem kívánatos, kis mértékben azonban többnyire minden normál betonkeverékben megtalálható. Minden esetben tartalmaznak levegőt az ún. péphiányos betonok, amelyekben a víz és a cement együttes térfogata nem elegendő ahhoz, hogy az adalékszemcsék közti hézagokat kitöltse, továbbá azok a kis víztartalmú betonok, amelyeket a szükségesnél kisebb tömörítési munkával dolgoztak be.

A beton levegőtartalma a szilárdságra csökkentően hat. A beton sajátosságainak alakulása szempontjából nagy jelentőségű, hogy milyen

formában és eloszlásban van abban a levegő jelen. Az utóbbi évtizedek betontechnológiai kutatásai kimutatták, hogy a beton fagyállósága és időállósága számottevően javul, ha abban néhány térfogatszázaléknyi levegő olyan buborékok formájában helyezkedik el, amely a kapillárisok folyamatos hálózatát megbontja, és a keresztmetszetét megnövelve a víz, illetve folyadékok félszívódását megnehezíti.

Ennek a felismerésnek alapján adagolnak számos országban az időjárás hatásának erősen kitett szerkezetek betonjába légpórusképző vegyi anyagokat. A beton ilyen módon létrehozott levegőtartalmát „bevitt levegőnek”; még a tömörítés, illetve a nem megfelelő összetétel miatt kialakuló levegőtartalmat „eredő levegőtartalomnak” nevezi a külföldi szakirodalom. (Ujhelyi, 1973)

2.1.2.5. Adalékszerek A betonjavító szereket két fő csoportba osztjuk: adalékszerek és felületi kezelőszerek. Adalékszereknek nevezzük a betonba kis mennyiségben bekevert olyan folyadékot vagy

por alakú vegyi készítményeket, amelyek a beton egyes tulajdonságait (fő hatás) kedvezően befolyásolják, míg más tulajdonságait (mellékhatás, járulékos hatás) legfeljebb kismértékben rontják. Kettős hatású az olyan adalékszer, amellyel egyidejűleg kétféle fő hatás érhető el.

Az adalékszerekkel kapcsolatos alapkövetelmények: Az adalékszemek a cement tömegére vonatkoztatott javasolt mennyisége esetén a cement az MSZ 523 (ma MSZ EN 196-3:1990) szerint vizsgálva legyen térfogatállandó. A kötési időt csak az adagolás céljának megfelelően befolyásolhatja, károsan nem. A szer kétszeres adagja sem okozhat elektrokémiai korróziót a bebetonozott acélbetéten. A kloridmentesként forgalomba hozott szer legfeljebb 0,2 m% kloridiont tartalmazhat a cementre vonatkoztatva. Az adalékszereket rendeltetésük szerint a következő csoportokba soroljuk:

– 8 –

konzisztenciajavítók: képlékenyítők és folyósítók; vízzáróságot fokozók; fagyállóságot fokozók (légpórus képzők); kötés- és szilárdulásgyorsítók; kötéskésleltetők, illetve kötésgátlók; színezőanyagok; elektromosan vezetőanyagok; gázképzők, habképzők. A felületi kezelőszerek olyan folyadékok vagy pépszerű vegyi anyagok, amelyekkel a

bedolgozott frissbeton (párazárás), illetve megszilárdult beton (tapadásjavítás, víztaszítás stb.) felületi tulajdonságait befolyásoljuk. Rendeltetésük szerint ebbe a csoportba soroljuk: a párazárókat, a formaleválasztókat, a víztaszító bevonatokat, a felületi színezékeket. (Balázs, 1994)

2.1.3. A beton hibái és a mai betontechnológia jellemzői

A beton készítése több mint 100 éves múltra tekint vissza és ma korunk legfontosabb építőanyaga.

A beton egyik kedvezőtlen tulajdonsága a nyomószilárdságához képest kis húzószilárdsága. Ezen a hiányosságon segít a vasbeton és a feszített beton. A vasbeton olyan anyag, amelyben a húzásokat az acélbetét, a nyomásokat pedig a beton veszi fel.

A feszített vasbeton olyan szerkezet, amelynek a húzott zónájában nyomást hoznak létre nagyszilárdságú feszítőhuzalok segítségével.

A beton másik kedvezőtlen tulajdonsága, hogy a megszilárdulásig gyámolítást (állványzat, zsaluzat) igényel. Ezen segít az előregyártás. Az előregyártás azt jelenti, hogy a szerkezeti elemeket nem a tényleges beépítés helyén gyártják és a beton szilárdságának legalább az 50%-át 24 órán belül eléri. A beton akkor már szállítható, beépíthető. Előregyártással készítik a paneles lakóházak elemeit, födémelemeket, vázszerkezeteket, lámpaoszlopokat stb.

Korunk betontechnológiájára jellemző a minőségre és minőségegyenletességre való törekvés, az élő munka csökkentése és a különleges betontulajdonságok kihasználása. Az egyenletes minőség azáltal érhető el, hogy a betont keverőtelepeken, betongyárakban keverik meg, ahol a betonalkotók egyenletességét biztosítani tudják. Az élő munka csökkentését célozza az előregyártás és a helyszíni betonozási munkáknál a betonszivattyú és különféle adalékszerek használata, amely a szállítást és a bedolgozást megkönnyíti. (Balázs, 1994)

2.1.4. A betonok tulajdonságai

A betonokat osztályozhatjuk általános és különleges tulajdonságaik alapján. Általános tulajdonságok:

a megszilárdult beton testsűrűsége; a megszilárdult beton nyomószilárdsága; az adalékanyag legnagyobb szemnagysága; a friss betonkeverék konzisztenciája.

A megszilárdult beton különleges tulajdonságai: vízzárósága; fagyállósága; kopásállósága; egyéb különleges tulajdonságok (hajlító-húzószilárdság stb.).

– 9 –

A betonokat a fenti tulajdonságaik alapján az MSZ 4719 szerint jelölik. (Balázs, 1994) A különleges tulajdonságok közül a továbbiakban a beton vízzáróságával foglalkozunk.

2.2. Vízzáró beton

2.2.1. A vízzáró beton fogalma, definíciója

A „vízzáró beton” kifejezés nem egy tökéletesen vízzáró anyagot jelent. Teljesen vízzáró betonról természetesen nem lehet szó, mert a víz a legjobban elkészített betonon keresztü1 is átszivárog, mivel az még ha kis mértékben is, de mindenképpen porózus. A beton tehát a víz áthaladását nem szünteti meg hanem – jó vízzáró beton esetében – egy kis értékre korlátozza. „Vízzáró beton” kifejezés helyett használhatjuk a „kis vízáteresztő képességű beton” kifejezést, ami pontosabban érzékelteti a víznyomásnak kitett betonban lejátszódó folyamatot. Nem tartjuk helytelennek a „vízzáró” kifejezés használatát sem, de lényeges tudni, hogy a kifejezés nem fedi a víznyomásnak kitett betonban levő állapotot, csupán annak jelölésére való. A betonnak tehát vízáthaladást gátló, illetve szabályozó képessége van. Ahhoz, hogy a vízáthaladást gátló képességet – a beton készítése során – szabályozni és a céljainknak megfelelően alakítani tudjuk, előbb meg kell határozni a „képességek” törvényszerűségeit.

A beton vízzáró képességének jellemzésére a következő definíciók ismertek. Az építőipari gyakorlatban kialakult az alábbi meghatározás: "Vízzáró az a

betonszerkezet, amely annyi vizet enged át, amennyi a víznyomás elleni oldal felületéről természetes körülmények között elpárolog.

Ez a meghatározás helyes lehet, mint építőipari igény a megvalósult objektummal szemben, de a beton vízzáró képességére nem ad egyértelmű meghatározást, hiszen a meghatározás a beton vízáteresztő képességén kívül még számos egyéb, a beton tulajdonságaitól nem függő tényezőt is magába foglal.

Gondoljunk csak arra, hogy e meghatározás alapján ugyanazon beton vízzárónak minősíthető, pl. szabadtéri víztároló esetében, míg zárt, nagy relatív nedvességtartalmú térben – ahol a beton felületéről a víz nem tud elpárologni – már vízáteresztőnek kellene minősíteni.

Másik, a beton vízzáróságra vonatkozó meghatározás az MSZ 4719-3.2 pontja szerint a következő:

„Valamely betonfajta vízzárósága annak a víznyomásnak bar-ban kifejezett értéke, amelynek 48 óráig tartó hatására a betonfajtán az MSZ 4715 szerint végrehajtott vizsgálattal a megfigyelő felületen víz nem mutatkozik és a víz legfeljebb a próbatest vastagságának egyharmadáig hatol be.”

Ez a meghatározás már lényegesen közelebb áll a valóságban végbemenő folyamathoz, de legnagyobb hibája, hogy csak határt szab a vízáthaladás sebességének, a vízáthaladás időbeni és mennyiségi változásait azonban nem szabályozza.

Zavarja a meghatározás egyértelműségét az a tény, hogy az MSZ 4715 szerinti vizsgálatot kétféle – 12 cm és 20 cm vastagságú – próbatesten végzik, ezért a meghatározásban lévő „egyharmad” érték egyik esetben 4 cm, a másik esetben 6,66 cm is lehet, ami a beton vízáteresztő képességében már számottevő eltérést jelent. Ugyanakkor – a meghatározás alapján – mindkét esetben vízzárónak kell minősíteni a vizsgált betont.

Harmadik, a beton vízzáró képességét kifejező meghatározás a talajmechanikából ismert Darcy-féle törvényen alapszik. Ez a törvény a természetes szűrökön átfolyó vízmennyiség meghatározására szolgál (Dombi, 1969). A Darcy-törvény feltételezi, hogy a víz folytonos, összenyomhatatlan, a vizsgálandó porózus test merev és homogén, a folyadékáramlás lamináris és az áramlási sebesség állandó (Balázs, 1994).

– 10 –

A Darcy törvény szószerint a következő: „Valamely állandó keresztmetszetű szűrőn átfolyó vízmennyiség arányos a keresztmetszeti felülettel, a nyomásmagassággal a szűrőanyagot jellemző értékkel, és fordítva arányos a szűrőrétegben a megtett út hosszával, vagyis a szűrőréteg vastagságával” (Dombi, 1969):

tdhAktiAkQ ⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅=⋅⋅⋅= képletből számítható,

ahol:

Q az áteresztett vízmennyiség, m3, A a próbatest keresztmetszeti területe, m2, t a szivárgás időtartama, s, h a nyomást előidéző vízoszlop magassága, m, d a szivárgási hossz (a próbatest vastagsága) m, i a hidraulikus gradiens, d k az áteresztési együttható, m/s.

A képletből a vízáteresztési együttható: tAi

Qk⋅⋅

= ,

tehát az a vízmennyiség, amely egységnyi hidraulikus gradiens esetén egységnyi felületen egységnyi idő alatt átfolyik. (Balázs, 1994)

1. ábra. A vízáteresztési tényező meghatározása (Balázs, 1994)

A „vízáteresztő képességi tényező” az a sebesség, amellyel a víz időegység alatt,

egységnyi szűrőfelületen, adott vízoszlopnyomás mellett átfolyik. A beton felfogható úgy is, mint mesterségesen előállított szűrő, hiszen alkotóanyagai –

áramlástani szempontból – azonosak vagy közel azonosak az egyes talajfélékkel, így a Darcy-féle törvény a betonok esetében is alkalmazható.

Ez a meghatározás már jól követi a víznyomásnak kitett betonszerkezeten átjutó vízmennyiséget is.

– 11 –

Az egyes betonkeverékekhez meghatározható a „k” vízáteresztő képességi tényező. E tényezővel meghatározható, illetve tervezhető a víztároló és szállító betonműtárgyak falán áthaladó víz mennyisége, vagyis a műtárgy vízvesztesége.

A „k” tényező számszerű érték, tehát a vízzáróság fogalmát pontos számszerű értékek

közé lehet szorítani. Ezen értékek alapján a beton vízzáróságának jellemzésére három kategória ismeretes:

fokozottan vízzáró; vízzáró; mérsékelten vízzáró.

A beton „k” tényezőjének megállapítása után a beton vízzáró képessége tehát minőségi osztályba sorolható és az egyes műtárgyak vízzáróság szempontjából éppen úgy tervezhetők, mint pl.: statikai, hőtechnikai vagy egyéb követelmények tekintetében. (Dombi, 1969)

2.2.2. A beton és a betonból készített szerkezet vízzárósága

A vízzáróságot eltérően kell értelmezni a betonra mint anyagra és a betonból készített szerkezetekre.

Valamely betonanyag akkor vízzáró, ha a belőle az MSZ 4715-3:1972, illetve az MSZ EN 206-1:2002 szerint készített próbatestek a szabványos víznyomás vizsgálatnak ellenállnak. A magyar szabvány szerint végrehajtott vizsgálat esetén a beton vízzárósága annak a víznyomásnak bar-ban kifejezett értéke, amelynek 24 óráig tartó hatására a próbatest megfigyelt felületén nincs átnedvesedés és a víz legfeljebb a próbatest vastagságának az egyharmadáig hatol be. A szabványok alapján vízzáróság szempontjából csak a C jelű, 2000-2500 kg/m3 testsűrűségű betonok foglalhatók rendszerbe. A betonokat vízzáróságuktól függően az MSZ 4719:1972 a 1. táblázat szerinti csoportokba sorolja. A táblázatban közölt jelek közül a megfelelőt a betonnak a tervező áltál megadott jelében kell feltüntetni.

1. táblázat: A betonok vízzárósági csoportjai az MSZ 4719:1982 szerint (Ujhelyi, 2005)

A vízzáró beton

Jele megnevezése Vízzárósági követelmény az MSZ

4715-3 szerint vizsgálva vz 2 gyengén vízzáró 2 bar vz 4 mérsékelten vízzáró 4 bar víznyomást vz 6 vízzáró 6 bar át nem engedő vz 8 különlegesen vízzáró 8 bar

Az MSZ EN 206:1-2002 szerint végrehajtott vizsgálatnak megfelelően a betonanyag

akkor vízzáró, ha 5 bar víznyomás 72 órán át tartó hatásának a belőle készített próbatest ellenáll, azaz a próbatest megfigyelt felületén nincs átnedvesedés és a víz legfeljebb a próbatest vastagságának egyharmadáig hatol be.

A beton és a vasbeton szerkezetek, vízzáróságuktól függően, a következő csoportokba lehet sorolni: a) Mérsékelten vízzáró az a beton vagy vasbeton szerkezet, esetleg vakolt szerkezet, amelynek 1 m2 felületén, a legnagyobb üzemi nyomás mellett, 24 óra alatt legfeljebb 0,4 liter víz szivárog át. b) Vízzáró az a beton vagy vasbeton szerkezet, esetleg vakolt szerkezet, amelynek 1 m2 felületén, a legnagyobb üzemi nyomás mellett, 24 óra alatt legfeljebb 0,2 liter víz szivárog át.

– 12 –

Szabadban vagy jól szellőzött helységben ez a vízmennyiség általában elpárolog a felületről, átnedvesedés tehát nem észlelhető. c) Különlegesen vízzáró az a beton vagy vasbeton szerkezet, esetleg vakolt szerkezet, amelynek 1 m2 felületén, a legnagyobb üzemi nyomás mellett, 24 óra alatt legfeljebb 0,1 liter víz szivárog át.

A vízzáróságnak a betonanyagra és szerkezetre vonatkozó fenti kétféle értelmezéséből következik, hogy pusztán a betonanyag vízzáróságából nem lehet a szerkezet vízzáróságára következtetni. Például a talajba kerülő betonszerkezet különlegesen vízzáró lehet akkor is, ha betonanyaga csak gyengén vízzáró (vz 2) kategóriába tartozik, de a talajvíz a szerkezet alatti nyugalmi állapotban van, nyomás nincs. Ugyanakkor különlegesen vízzáró (vz 8) kategóriájú betonból készített mederfal csak vízzáró szerkezetnek minősül, ha a víznyomás nagy. Ezenkívül azt is számításba kell venni, hogy a szerkezet vízzáróságának a betonanyag csak egyik összetevője és az egyéb összetevők hasonló, vagy még nagyobb jelentőségűek, mint pl. a csatlakozások, kapcsolatok, illesztések, technológiai nyílások, munkahézagok stb., amelyek megfelelő kiképzése nélkül a különlegesen vízzáró (vz 8) betonból készített szerkezet sem lehet megfelelően vízzáró. Hiába jó a keverékből szabványosan elkészített beton próbatest (tehát a betonanyag) vízzárósága, ha a betonszerkezet repedezett (pl. a nem megfelelő utókezelés miatt), vagy egy csőátvezetésnél ereszt, akkor a szerkezet a vizet átengedi. (Ujhelyi, 2005)

2.2.3. Vízzáró betonból készített szerkezetek

Vízzáró betonból kell készíteni általában minden vízzel, vagy vízgőzzel, nedvességgel érintkező beton vagy vasbeton szerkezet (víznyomásnak kitett szerkezeteket, nagy páraterhelésű helyiségeket határoló szerkezeteket, stb.). A szerkezet vízzáróságát vagy a vízveszteség megengedhető mértékétől függően kell eldönteni (pl. a vízmedencék, víztornyok készítéséhez általában megfelel a vízzáró szerkezet, amelynek a felületén meg van engedve napi 0,2 liter/m2 vízveszteség), vagy az egyéb követelmények figyelembe vételével kell a beton vízzáróságát meghatározni (pl. nagy páraterhelésű helységeket határoló vasbeton szerkezetet az acélbetétek korróziójának az elkerülése érdekében még akkor is célszerű legalább vz 4 vízzáróságú, mérsékelten vízzáró betonból előállítani, ha az külön páravédelmet is kap).

A szerkezetek vízzárósága a 2.2.1. fejezet szerint az üzemi víznyomás függvénye, ezért a betonra vonatkozó vízzárósági követelményt minden esetben külön kell eldönteni. A vízzáró betonból tervezendő, illetve készítendő néhány szerkezetek – példaként – a következő:

– vízépítési létesítmények, burkolatok, medencék, víztornyok, gátszerkezetek (2-3. ábra), zsilipek, vízkivételi művek;

– csatornaszerkezetek, mégpedig víz-, szennyvíz-, és kábelcsatornák, fűtési távvezetékek közműalagútjai;

– pincepadozatok, alapok, pincék felmenő vasbeton falai; – aknák, fedlapok; – kis hajlású vasbeton tetőfödémek; – bármely agresszív hatásnak kitett beton és vasbeton szerkezetek; – sima, tömör látszóbeton szerkezetek.

(Ujhelyi, 2005)

– 13 –

2. ábra: Völgyzárógát Ponte di Gallonál Olaszországban az olasz-svájci határon a Spöl völgyében

(http://www.bebte.hu/documents/deltirol/volgyzaro_gat.jpg)

3. ábra: Körösladányi duzzasztómű (http://www.korosladany.hu)

– 14 –

2.2.4. A vízmolekulák mozgása a betonban

A beton vízáteresztő képessége a vízmolekulák betonban való mozgásának a mértékét jelenti, amelyet transzportfolyamatnak nevezünk. Ezt a jelenséget, illetve az ezt befolyásoló tényezőket a 4. ábra vázolja fel.

4. ábra: A molekulavándorlás (transzportfolyamat) jelensége a betonban (Ujhelyi, 2005)

A víz egyrészt a repedéseken,

másrészt a pórusokon keresztül mozogva halad át a betonon; mértéke és hatása nagymértékben függ a pórusstruktúrától, ezenkívül a repedezettségtől és a betonfelület mikrojellemzőitől (mikroklímájától). Befolyásolja a molekulavándorlás sebességét a transzportfolyamat mechanizmusa is; a 4. ábra erre is utal. A vízzel kémiai kötés is kialakul, ezért a cement kémiai összetételének is nagy a jelentősége, de nem hanyagolhatók el az adalékanyag tulajdonságai sem.

A pórusok – eltekintve a mm mértékű makropórusoktól pl. kavicsfészek vagy tömörítési hiány miatt – a cementkővázban alakulnak ki. A molekulavándorlást tekintve a pórusstruktúra legfontosabb jellemzői a pórusok nyitottsága és a pórusméret eloszlása. A nyitott (látszólagos) porozitás azokat a pórusokat jelenti, amelyek egymással össze vannak kapcsolva, tehát átjárhatóak s így lehetséges a folyadékok vagy a gázok áramlása.

5. ábra: Pórusméret eloszlások (Ujhelyi, 2005)

– 15 –

A pórusméret eloszlása elsősorban a mozgás sebességét befolyásolja. A cementpép pórusméret-tartománya több nagyságrendű. Eredetüket és jellemzőiket tekintve megkülönböztetünk tömörítési pórusokat, mesterségesen bevitt légbuborékokat, kapilláris pórusokat és gélpórusokat. Általában kifejezve kényelmesnek tűnik a csoportosítás mikro-, mezo- és makropórusokra, ahogyan erről a 5. ábra tájékoztat.

A szilárd anyagok szabad felületeinek (pl. a pórusok belső felülete) energiatöbblete van (felületi energia) a kapcsolódó molekulák kötésének hiánya miatt. A cementpép pórusaiban ez a felületi energia a vízgőz-molekulák felületi adszorpcióját hozza létre a pórusok belső felületén; a vízfilm vastagsága a pórusokban lévő levegő nedvességtartalmának és a pórusátmérőnek a függvénye (6. ábra).

6. ábra: A víz kötési folyamatának egyszerűsített modellje.

(a) adszorpció (b) kondenzáció (Ujhelyi, 2005)

Az állandóan vízbe merített szerkezetek esetén – kedvezőtlen körülmények között – nagymennyiségű víz vándorolhat a betonban. A víz először kapilláris szívással hatol be, amelyet meg lehet gyorsítani, ha növekszik a hidraulikus nyomás. Folyamatos vízszállítás csak akkor alakul ki, ha a beton levegővel érintkező felületéről a víz elpárologhat. Ennek a vízmozgásnak az intenzitása a párolgás, a kapilláris szívás és a hidraulikus nyomás viszonyától, kölcsönhatásától függ (7. ábra). A vízzel együtt oldott ionok (pl. karbonátok, kloridok, szulfátok) is vándorolnak. Ezek az anyagok visszamaradnak a betonban, a párolgási zónában, ahol nagy valószínűséggel jelentős mértékben feldúsulnak. A „kivirágzás” ennek a hatásnak a következménye: az oldott anyagok újrakristályosodnak a beton felületén.

7. ábra: A beton bemerítése vízbe.

(1) a víz szállítása hidraulikus nyomással és kapilláris szívással, (2) a víz és az oldott anyagok szállítása,

(3) a víz elpárolgása a szabad felületeken, (4) az oldott anyagok kristályosodása, feldúsulva a párolgási zónában

(Ujhelyi, 2005)

– 16 –

A cementpép szilárdulása folyamán a pórusméret eloszlása a kisebb pórusrendszerek felé tolódik el, amelynek eredményeképpen nő a szilárdság, csökken az áteresztőképesség. A pórusméret eloszlásának ilyen változását a hidraulikus kiegészítőanyagok elősegítik: a puccolános anyagokat tartalmazó cementpépek Cl- és SO4

2- ionos diffúziós együttható, illetve vízáteresztő tényezői kisebbek, mint a tiszta portlandcement pépeké, ha hidratációjuk azonos mértékű. Törekedni kell arra, hogy csökkentsük a nagyobb pórusok (mezo- és makropórusok) mennyiségét; ez maga után vonja az áteresztőképesség csökkenését, a vízzáróság javulását. (Ujhelyi, 2005)

2.2.5. A beton alapanyagainak hatása a vízzáróságra

2.2.5.1. A cement Fiatalabb korban a lassan kötő cementekkel készült betonok vízáteresztőbbek, mint a

gyorsabban szilárdulók. Idősebb korban a cementfajták hatása csökken. Jó vízzáró beton készítéséhez jó vízmegtartóképességű, kis zsugorodású, csekély

vízigényű és lehetőleg jó végszilárdságú kötőanyag szükséges.

8. ábra. Legnagyobb vízbehatolás 9. ábra. Legnagyobb vízbehatolás 0,55 víz-cementtényezőjű betonba a 0,70 víz-cementtényezőjű betonba a cementminőségtől függően (3 érték átlaga) cementminőségtől függően (3 érték átlaga)

(Ujhelyi, 1973) (Ujhelyi, 1973)

10. ábra: A víz-cementtényező változtatásának hatása a beton vízzáróságára

(Dombi, 1968)

– 17 –

A különböző cementekből különböző víz-cementtényezővel készített betonok

vízzárósága (különböző időpontban vizsgálva) a 8. és a 9. ábrákon látható. Eszerint 28 napos korban legkedvezőbb eredményeket 0,55 víz-cementtényező mellett a nagy fajlagos felületű portlandcement, illetve a granulált kohósalakot, vagy traszt tartalmazó heterogén cementek adják. A 180 napos eredmények között nincs már lényeges eltérés Ha a víz-cementtényezőt 0,70 értékűre növeljük, akkor a kisebb őrlésfinomságú portlandcementek, vagy a kevés granulált kohósalakot tartalmazó heterogén cementek jobbak.

Hazai cementfajták megfelelőségi sorrendje vízzáróság szempontból a következő: 1. tatai 600-as (250 kg/m3), (jelenleg nem gyártják) 2. tatai 500-as; DCM 500-as; lábatlani 500-as (300 kg/m3), (mai jelöléssel 52,5) 3. hejőcsabai 400-as (500 kg/m3), (mai jelöléssel 42,5) 4. hejőcsabai 300-as (500 kg/m3), (mai jelöléssel 32,5).

A zárójelben levő számok azt a legkisebb cementadagolást jelentik, ami mellett még a beton vízzáró 3 bar víznyomásra. A homokdús adalékanyaggal készített (10. ábra) beton esetében a víz-cementtényező megválasztása fokozott jelentőségű. (Ujhelyi, 1973)

A követelményeket kielégítő vízzáróságú betonok valamennyi cementfajtával készíthetők, feltéve, hogy a heterogén cementek kiegészítő anyag tartalma:

– granulált kohósalak esetén legfeljebb 40 tömeg %, – puccolánok (trasz, pernye) esetén legfeljebb 25 tömeg %, – kovasavliszt esetén legfeljebb 10 tömeg %, – mészkőliszt esetén legfeljebb 20 tömeg %.

(Ujhelyi, 2005)

2.2.5.2. Adalékanyag A vízzáróság elsősorban a beton tömörségétől függ. Ezért fontos, hogy a beton elegendő

mennyiségű lisztfinomságú (0,25 mm vagy alatti) szemcsét tartalmazzon, amelyre vonatkozó követelmények a 2. táblázatban láthatók.

2. táblázat: Szükséges finomrésztartalom jól bedolgozható, vízzáró betonkeverékekhez (Ujhelyi, 2005)

Betömörített friss beton lisztfinomságú (0-0,25 mm homok + cement) szemcséinek szükséges tömege,

kg/m3

Legnagyobb szemnagyság,

mm légbuborékképző nélkül légbuborékképzővel

8 12 16 24 32 48 63

525 485 450 415 380 350 320

470 435 400 370 340 320 290

A táblázatból következik, hogy célszerű olyan folyamatos szemeloszlású adalékanyagot

előírni, amelynek szemeloszlási görbéje az MSZ 18293 szerinti B görbék (11.-12. ábra) közelében halad. Ha a gazdaságosan beszerezhető adalékanyagok 0,25 mm alatti szemcsetartalma lényegesen kevesebb mint a szabványos érték, akkor a hiányzó finomliszt mennyiségének a pótlására inert ásványi por (pl. mészkőliszt) alkalmazását célszerű előírni.

– 18 –

11. ábra: A beton adalékanyag szemeloszlási határgörbéi

Legnagyobb szemnagyság: 8 mm (Kausay, 2003b, az MSZ 18288-1:1991 alapján)

12. ábra: A beton adalékanyag szemeloszlási határgörbéi

Legnagyobb szemnagyság: 12 mm (Kausay, 2003b, az MSZ 18288-1:1991 alapján)

Elvileg az agyag-iszap tartalom a vízzáróság szempontjából nem kedvezőtlen, mert

tömítő anyagként fokozza a tömörséget. Mivel azonban a nagyon finom szemek mennyiségének a növekedésével párhuzamosan az adalékanyag adott bedolgozhatósághoz szükséges vízigénye rohamosan nő, ezért a szilárdságnak gazdaságos cementtartalommal való elérése érdekében legfeljebb 6 térfogat % agyag-iszap tartalom engedhető meg. (Ujhelyi, 2005)

– 19 –

Gömbölyű, zömök szemcsék alkalmazása célszerűbb, mint szögletes, zúzott köveké. Az adalékanyagnak 3 mm szemnagyságig természetes homokból kell állnia. Zúzott homok alkalmazásakor azonos konzisztencia elérésére nagyobb vízmennyiség szükséges, ezzel növekszik a v/c tényező, romlik a szilárdság és növekszik a vízáteresztés. Azonos cementtartalom esetében, azonos bedolgozhatóság elérésére a természetes homokban 12%, és a zúzott homokban 30% (0/0,2 mm) finomrészre van szükség.

A durvább adalékanyag szemcsetulajdonsága, bár hatással van a bedolgozhatóságra és vízigényre, nem jelentős. Zúzott, lapos adalékanyag felhasználása azonban nem javasolható, mivel a betont rétegessé teszi, és ezáltal nagyobb a repedésképződés.

Az I., II. és III. osztályú adalékanyaggal készült betonok vízzárósága alapján megállapítható, hogy az adalékanyag fajlagos felületének növekedésével a beton vízérzékenysége növekszik, és az elérhető vízzáróság romlik. (Ujhelyi, 1973)

2.2.5.3. Adalékszer Vízzáró beton készítéséhez kedvező eredménnyel használhatók a tömítő, a képlékenyítő,

a folyósító, a légbuborékképző és a kötéskésleltető adalékszerek. A tömítő adalékszerek a kapilláris pórusokat zárják el és/vagy víztaszítóvá teszik a

pórusfalakat (hidrofobizálók), ezáltal csökkentik a beton vízfelvételét, a nyomás alatti víznek a betonba áramlását, illetve a betonon való átszivárgásának a mértékét. (Ujhelyi, 2005) A tömítő hatás olyan finomeloszlású anyagokkal érhető el, amelyek víz érintkezve megduzzadnak. Erre a célra duzzadó szilikátokat (pl. trasz) és egyéb anyagokat (pl. bentonit) használnak. (Balázs, 1994)

A képlékenyítő és a folyósító adalékszerek javítják a betonok vízzáróságát, ha ezeket a víz-cement tényező csökkentése érdekében adagoljuk (változatlan konzisztencia melletti víz-megtakarítás). Amennyiben a vízzáró betonnak fagyállónak is kell lennie, akkor ajánlatos a légbuborékok mesterséges képzése adalékszerekkel.

A vízzáró vasbeton szerkezetek készítésekor figyelembe kell venni, hogy a képlékeny vagy folyós konzisztenciájú keverékekből készített friss, bedolgozott beton – még gondos tömörítés után is – hajlamos az ülepedésre, a plasztikus zsugorodásra és az emiatt keletkezett repedések csökkentik a vízzáróságot. Ez a hatás megszüntethető a bedolgozott beton pihentetés utáni újravibrálásával, amely akkor hajtható végre, ha a betonkeverékhez kötéskésleltető adalékszert adagolunk a megtervezett időtartamú (6-24 óra) kötéskésleltetésre. (Ujhelyi, 2005)

2.2.6. A beton összetétele

A beton összetételét úgy kell kiválasztani, hogy jól bedolgozható, szétosztályozódás- és repedésmentes betonkeveréket készíthessünk, amelyben a víz ráengedésének az időpontjában elért hidratációs fok mellett nincsenek átjárható, összekapcsolódó kapilláris pórusok. Ennek figyelembevételével kell a betonkeverék összetételét és konzisztenciáját meghatározni. A betonösszetétel határértékeit a 3. táblázat tartalmazza.

Ha a szerkezet vasalása és keresztmetszeteinek a méretei, továbbá a beton zsaluzatba helyezésének és tömörítésének a lehetséges módszerei megengedik, akkor földnedves vagy kissé képlékeny konzisztenciát kell előírni. A vízszintes, lemezszerű szerkezetek betonját földnedves konzisztenciával is megfelelően lehet tömöríteni (pl. vibrodöngölővel), ha vasalást nem tartalmaz, vagy csak ritka kiosztásban. A felmenő szerkezetek (pl. medencefalak) betonja azonban általában csak képlékeny konzisztenciával dolgozható be.

Ha a betonkeveréket csak képlékeny (vagy folyós) konzisztenciával lehet kielégítő módon tömöríteni, akkor kissé képlékeny konzisztenciájú alapkeveréket kell tervezni és a képlékeny konzisztenciát képlékenyítő, a folyós konzisztenciát folyósító adalékszerrel kell

– 20 –

beállítani. Lágy konzisztencia esetén célszerű kötéskésleltető adalékszert is adagolni az utóvibrálás lehetővé tétele érdekében, amely eltünteti a néhány óra utáni, a beton ülepedésből származó esetleges repedéseit. A kötéskésleltetés mértékét az utóvibrálás időpontjához kell illeszteni, az ehhez szükséges adalékszer fajtáját és mennyiségét próbakeveréssel kell meghatározni.

Megnevezés Igénybevétel víznyomás hatására A környezeti osztály jele XV1 XV2 XV3 Legnagyobb víz-cementtényező

0,60 0,55 0,50

Legkisebb szilárdsági osztály

C25/30 C30/37 C30/37

Legkisebb cementtartalom, kg/m3

300 300 300

Friss 2320 2340 2360 Szilárd

beton legki-sebb testsűrű-sége, kg/m3

2190 2230 2260

3. táblázat: Ajánlott határértékek a beton összetételére és tulajdonságaira XV környezeti

osztályok esetén (Ujhelyi, 2005) A beton bedolgozási (tömörítési) hiány miatti levegőtartalma vízzárósági követelmény

esetén legfeljebb 1 térfogat % lehet. Az adalékszerrel a fagyállóság érdekében bevitt légbuborék tartalom a vízzáróságot nem rontja, ha az egyéb korlátozásokat (pl. víz-cementtényező) betartjuk. A beton vízzárósága a betonösszetételt tekintve akkor lesz megfelelő, ha a víz-cementtényező és a cementtartalom az előírt határértékeknek megfelelő, továbbá a bedolgozott friss beton testsűrűsége megfelel az előírtnak (a korlátértékeket lásd a 3. táblázatban). A betonkeverék cementpép-tartalma legalább 30 liter/m3-rel legyen nagyobb, mint az adalékanyag pépigénye. A vízzáró betonok csak tervezett összetételűek lehetnek, receptbetonok általában nem használhatók fel vízzáró szerkezetek készítésére.

A vízzáró beton és vasbeton szerkezetekkel szemben – néhány kivételtől eltekintve –egyéb követelményeket is támasztunk. A szerkezetek tervezésekor ezért mérlegelni kell a különböző követelmények kielégítésének a lehetőségeit is. Például egy szulfátos talajjal érintkező mederburkolat betonjának egyidejűleg kell előírt szilárdságúnak, vízzárónak, fagyállónak, kopásállónak és agresszív hatásokkal szemben ellenállónak lennie. A szilárdságot a víz-cementtényező, vízzáróságot a tömöttség, a fagyállóságot a mesterségesen képzett légbuborékok, a kopásállóságot a tömörség és a szilárdság, az agresszív hatásokkal szembeni ellenállást a cement fajtája és a beton pórustartalma határozza meg. E tulajdonságok optimális szintjét nem mindig lehet egyidejűleg elérni, ezért ilyenkor kompromisszumot kell keresni (pl. vz 8 és f 150 egyidejűleg előírható, de ez esetben K 8/12 – „igen kopásálló” kopásállósági fokozatú – beton már nehezen készíthető), mérlegelni kell a követelmények fontossági sorrendjét a tartósság szempontjából. A megoldás általában az, hogy a szerkezet használati élettartamát választjuk a legfontosabb paraméternek, és ebben az esetben a szilárdsági és a vízzárósági követelményeket az optimálisnál nagyobb biztonsággal elégítjük ki. (Ujhelyi, 2005)

– 21 –

2.2.7. A vízzáró beton készítése

A beton alkotóanyagait úgy kell összekeverni, hogy egyenletes betonkeveréket kapjunk. A keveréket szétosztályozódás mentesen kell a zsaluzatban elhelyezni, és gondosan kell tömöríteni a konzisztenciához illesztett tömörítő eszközzel. Betonozni folyamatosan kell és a munkahézagokat a tervezett helyeken és a tervben előírt módon kell kialakítani.

Különösen fontos a vízzáró szerkezetekhez a csatlakozások, illesztések, kapcsolatok technológiai nyílások vízzáró kialakítása mellett a munkahézagokat és a hézagzárás technológiáját, az alkalmazandó fugaszalagokat, azok fajtáját és minőségét is megtervezni (és természetesen a költségeit is meghatározni). Azt is fontos figyelembe venni, hogy a vasbeton szerkezet egyik legkényesebb része az acélbetétek betontakarásának a vastagsága és minősége. A betontakarás megfelelő vízzárósága érdekében célszerű a betontakarás vastagságát a szokványos esetekben előírtakhoz képest legalább 10 mm-rel megnövelni.

Ha váratlan okból (pl. géphiba, időjárás változás) szükséges a munkahézag és a tervező hozzájárulását – például idő hiányában – nem lehet beszerezni, akkor a munkahézag kialakításakor a következőket kell szem előtt tartani:

– a munkahézag ne zavarja a beton és a vasbeton szerkezet egységes működését, – a munkahézagot lehetőleg olyan helyen kell kiképezni, ahol a betonban a terv

szerint nem lehetnek húzó- és/vagy nyíróerők, – a csatlakozó felület legyen merőleges a nyomófeszültség irányára, – többtámaszú lemezek, gerendák és keretek esetében a munkahézagot általában

azokon a helyeken célszerű kialakítani, ahol az acélbetétek nagy része fel van hajlítva,

– az alaptestekben a munkahézagot általában vízszintesen kell kiképezni, és függőlegesen kell lépcsőzni.

Ha a betonozást szükségszerűen hirtelen hagyjuk abba, akkor a megfelelő munkahézagot esetleg már csak utólagos véséssel, bontással lehet létrehozni. A munkahézag pontos helyét az építési naplóban rögzíteni kell, és a tervezővel jóvá kell hagyatni.

A bedolgozott friss beton merevedése (a kötés kezdete) után a beton utókezelését haladéktalanul meg kell kezdeni, és nem szabad megengedni, hogy a felület száradása megkezdődjék (erre a beton színének a világosabbá válása figyelmeztet). Ha ugyanis a beton kiszáradása megkezdődik, akkor romlik a beton vízzárósága (a vízzel telített beton vízzárósága, vízáteresztése, vízdiffúziója egyaránt kedvezőbb, mint a szárazé) és a repedezés megkezdődhet, amelynek hatására megindul a víz átszivárgása a betonon.

13. ábra Az utókezelés hatása a vízzáróságra (Ujhelyi, 1985)

– 22 –

Az utókezelésnek folyamatosnak kell lennie, nem szabad szüneteltetni mindaddig, amíg a beton nem éri el legalább az 50 % hidratációs fokot (tehát munkaszüneti napokon is gondoskodni kell a beton nedvesen tartásáról). A megszakított utókezelést követő ismételt locsolás nem javítja ki az esetleg keletkezett hibákat. (Ujhelyi, 2005)

A tárolás hatásának megállapítására elvégzett kísérletek szerint a 13. ábrán látható, hogy a levegőn tárolt próbatestekbe a vízbehatolás lényegesen nagyobb, mint a víz alatt tároltakba.

2.2.8. A beton repedezése

2.2.8.1. A repedezés okai Ha a beton húzás okozta alakváltozása túllépi a beton húzási alakváltozási képességét,

akkor ez minden esetben repedéseket eredményez. A beton húzási alakváltozási képessége függ a kortól és az alakváltozás sebességétől. Az alakváltozást okozó fő mechanizmusok a következők:

a) A betonon belül kialakuló mozgások. Ilyen például a száradási zsugorodás, a duzzadás, a hőmérsékletváltozás miatti alakváltozás, a plasztikus zsugorodás vagy a plasztikus ülepedés. Ezek a hatások csak akkor okoznak húzófeszültséget, ha a mozgás korlátozva van. Ez a korlátozás lehet lokális, ha a zsugorodást a betonban acélbetétek gátolják, vagy lehet nagyobb léptékű, amikor egy elem zsugorodását a hozzákapcsolt más elemek akadályozzák meg.

b) A betonba ágyazott anyagok duzzadása. Ilyen például az alkáli-kovasav reakció, vagy az acélbetét korróziója miatti térfogatváltozás.

c) Külső hatások. Ezekre példa az alapok különböző süllyedéséből származó terhelés vagy alakváltozás.

14. ábra: A repedések fajtái és okai (Ujhelyi, 2005)

– 23 –

A 14. ábra a repedések különböző lehetséges okait foglalja össze, míg a 13. ábra némi tájékoztatást ad a beton koráról is, amikor a repedések különböző formáinak a megjelenésére számítani lehet.

15. ábra: A repedések megjelenésének a várható

ideje a beton bedolgozásától számítva (Ujhelyi, 2005)

A fenti (a) és (b) mechanizmusok következtében belülről induló repedések fejlődnek ki, amelyekről a 15. ábrán lehet példákat találni.

A (c) mechanizmus kívülről induló repedéseket okoz.

16. ábra: Példák a belülről induló repedésekre elméleti betonszerkezetben

(Ujhelyi, 2005)

17. ábra: A fiatal beton szilárdságának és 18. ábra: A beton kúszási alakváltozása

gátoltság miatti feszültségének az értelmezése (Ujhelyi, 2005) (Ujhelyi, 2005)

– 24 –

A fiatal beton különösen hajlamos a repedezésre (17. ábra). A friss (zöld) betonból a szilárduló (fiatal) betonba való átmeneti szakaszban kritikus a helyzet, mert csekély a húzószilárdság, ugyanakkor a bedolgozást követően néhány órán belül – legkorábban 2 óra múlva – lassú alakváltozás kezdődik meg, és az eltart 4-16 órás korig (18. ábra). A gyakorlatban leginkább előforduló repedéseket a következőkben részletezzük.

2.2.8.2. Plasztikus zsugorodási és plasztikus ülepedési repedések A plasztikus repedésnek két jellegzetes típusa van: a plasztikus zsugorodási repedés,

amely leggyakrabban lemezekben jelentkezik és a plasztikus ülepedési vagy roskadási repedés, amely magas elemekben fordulhat elő. Mindkettő a beton kivérzésével társul.

A plasztikus zsugorodás jellegzetesen a zöld beton tulajdonsága, amelyet a pórusvíz kapilláris feszültsége okoz. A plasztikus zsugorodási repedés a keverés után az első 2-4 órában következik be, röviddel a felületi nedvesség eltűnése után, amikor a beton felülete mattá válik, mert a párolgási veszteség nagyobb, mint a vérzésből származó vízutánpótlás s ezáltal a pórusvízben aktivizálódnak a kapilláris erők (19. ábra). Ha a térfogatcsökkenés a felületközeli szakaszban halmozódik fel (pl. a felület alatt lévő durva adalékanyag vagy az acélbetét miatt), akkor nagy a repedés valószínűsége, mert a húzófeszültséget meghaladja a húzószilárdság mértékét.

19. ábra: A víz viselkedése szűk pórusokban (Ujhelyi, 2005) A kiterjedt felületű betonelemek, pl. lemezek, ki vannak téve a plasztikus zsugorodás

miatti repedéseknek. Jellegzetesek a lemez sarkaiban 45°-ban futó párhuzamos repedések: a repedéstávolság szabálytalan és 0,2-1 m tartományba esik (20. ábra). A 16. ábra másik jellegzetes repedésfajtát is mutat: az ún. térképszerű-repedezést.

20. ábra: Plasztikus zsugorodási repedések beton útburkolatok

és folytonos födémlemezek felületén (Ujhelyi, 2005)

A plasztikus zsugorodás miatti repedések főleg felületi repedések, de néhány esetben átmehetnek az egész lemezen; a repedéstágasság lényegesen csökken, ahogyan a repedés távolodik a felülettől. A felületen a jellegzetes repedéstágasság 2-3 mm.

Ülepedés közben a beton vérzik. A nehézségi erő eredményeként az adalékanyagszemcsék süllyednek és a víz a felületre kinyomódik. Eme térfogatcsökkenés

– 25 –

miatt a beton a zsaluzatban ülepszik. Ha az ülepedést az acélbetétek vagy a zsaluzat gátolják, akkor repedések jönnek létre. Az ilyen repedések hosszirányúak (21. ábra), követik az acélbetét irányát a magas gerendák vagy a vastag lemezek felső részén (magas gerenda: 22./a ábra), illetve a kengyelekét az oszlopok oldalfelületein (22./b ábra).

21. ábra: Hosszirányú repedés: ülepedési repedés

az acélbetétek mentén (Ujhelyi, 2005)

22. ábra: Plasztikus ülepedés miatti repedezés:

( a ) magas gerendán a vasalás irányában, ( b ) a kengyel mentén az oszlop felületén (Ujhelyi, 2005)

23. ábra: Vízszintes ülepedési repedés a sűrűn elhelyezett acélbetétek között

(Ujhelyi, 2005)

Különös jelentőségű a vízszintes ülepedési repedés, amely akkor keletkezhet, ha az acélbetétek kis távolságban vannak egymástól (23. ábra). Ezek a repedések a beton feltáskásodását okozzák a vasalás felső része felett. Kedvezőtlen körülmények között az alsó réteg is feltáskásodhat, ez pedig előidézi a betontakarás váratlan lehámlásának a kockázatát.

Ha ezt a duzzadó jellegű változást valamely károsító mechanizmus követi, mint pl. fagyás vagy az acélbetét korróziója, akkor ez a betontakarás nagy részének előre nem látható leválását hozza létre, veszélyeztetve ezzel a szerkezet használhatóságát.

2.2.8.3. Közvetlen teher okozta repedezés A szerkezetet érő közvetlen, erőtani hatások (hajlítás, nyírás, húzás, stb.) repedéseket

okoznak. Ezzel kapcsolatban a következőket kell figyelembe venni:

– 26 –

a) Bármely keresztmetszetben, ahol a beágyazott acélbetétek többé-kevésbé párhuzamosak a fő húzófeszültségekkel és az acélbetétek méretét, illetve távolságát megfelelő statikai számítások segítségével határozták meg, ott valószínűleg kis tágasságú (0,5 mm-nél kisebb) repedések keletkeznek az üzemi teher alatt. Ez igaz akkor is, ha a repedés szabályozására nincs külön intézkedés, feltéve, hogy az acélbetétek nem nyúlnak meg az üzemi terhek hatására.

b) Bár laboratóriumi vizsgálatok alkalmával nagyszámú, sűrűn kialakult repedéseket lehet kapni, a gyakorlatban általában nem ez a helyzet, minthogy a tényleges üzemi teher ritkán elegendő ahhoz, hogy a laboratóriumi vizsgálatokhoz hasonló repedés-képet bármilyen módon is meg lehessen közelíteni. Rendszerint a maximális feszültségek helyén lehet néhány repedést találni.

c) Ahol a terhelés által okozott nagy tágasságú repedés keletkezik, ez szinte mindig azt jelzi, hogy a határállapotra vonatkozó számítások nem megfelelőek. Ez az egyedi terhelési típus alakjának vagy hatásának a félreértéséből eredhet, nevezetesen abból adódóan, hogy a mértékét elhanyagoltuk vagy nem vettük fel helyesen, ezért elégtelen a vasalás ahhoz, hogy a különleges hatásoknak ellenálljon.

A repedés a beton helyi túlterhelésének is lehet az eredménye. Általánosan ismert példák vannak a túlzott tapadófeszültség miatti, az acélbetétek vonalára merőlegesen kialakult repedésekre és a koncentrált teher miatti repedésekre, mint amilyen az előfeszített pászma lehorgonyzása, amely az alkalmazott nyomás irányával párhuzamos repedést okoz, rendszerint arról a felületről kiindulva, ahol a terhelést a szerkezetre engedik.

A 24. ábra foglalja össze a teher okozta repedéseket, ezek általános alakjait, megjelenési formáit. Az alakváltozásból származó repedések a hőmérsékletváltozásokból, a zsugorodásból vagy a különböző mértékű alapsüllyedésekből erednek. Ezeknek általános jellemzője, hogy a feszültségek, így a repedések is, ott keletkeznek, ahol a szerkezet vagy a szerkezeti elem mozgásában meg korlátozva van. Minél nagyobb az ellenállás, annál nagyobbak lesznek a feszültségek és a repedések.

24. ábra: A teher által okozott repedések: (a) tiszta hajlítás (b) tiszta húzás (c) nyírás (d) csavarás

(e) acélbetétek tapadása (f) koncentrált terhelés (nyomás)

2.2.8.4. Alakváltozásokból származó repedések A hőmérsékletkülönbségek gyakran okoznak repedést. A szerkezet repedéseinek egyik

leggyakoribb oka a szerkezetnek a cement hidratációs hője miatti felmelegedését követő kihűlése. A korai hőmozgások okozta repedéseket gyakran véljük zsugorodási repedéseknek.

– 27 –

A cement hidratációs hője, amely a beton kötése és szilárdulása alatt fejlődik, nem távozhat elég gyorsan a betonfelületet körülvevő légtérbe, különösen nem a nagytömegű betonszerkezetek esetén. A betontest közepétől a felület felé haladva hőfokkülönbségek alakulnak ki, amelyek nőnek a beton hőmérsékletének a növekedésével (25. ábra). A feszültségek önegyensúlyozó feltételei teremtődnek meg, mégpedig a húzófeszültségeké a külső kéregben és a nyomófeszültségeké a magban. Ha a húzófeszültségek felülmúlják a szilárduló beton még csekély húzószilárdságát, akkor a beton megreped (26. ábra).

25. ábra: A hidratáció 26. ábra: Hő okozta ön-egyensúlyozó okozta hő eloszlása feszültségek (a) ábrarészen és

(a) hőmérséklet-izobárok (b) ábrarész: térképrendezés az (b) középső keresztmetszet ön-egyensúlyozó feszültségek következtében (Ujhelyi, 2005) (Ujhelyi, 2005)

A repedések mindig felületi repedések, leggyakrabban az ún. térkép-repedések

alakjában jelennek meg. Mélységük általában néhány mm vagy cm és rendszerint összezáródnak, ha a hőmérséklet-különbség megszűnik. Újra láthatóvá válnak azonban, ha a felület átnedvesedik (pl. csapó eső éri), majd újra kiszárad; ilyenkor a repedések helyzetét a beszívódó nedvesség kirajzolja.

A nem egyforma, nem lineáris hőmérséklet-eloszlás normális körülményei között a szerkezeti elem hossza és görbültsége változik. Ha az eloszlás gátolva van, akkor a gátoltság miatt feszültség keletkezik, amely felülmúlja a nem-lineáris hőmérséklet-eloszlás okozta ön-egyensúlyozó feszültségeket.

Ha a szerkezeti elemben főleg tengelyirányú vagy excentrikus húzás miatti feszültség jön létre, akkor alakváltozási repedések képződnek, amelyek az elem teljes keresztmetszetén átmennek. A 27. ábra az ilyen elválasztó repedés kiinduló helyzetének a jellegzetes képét mutatja, amikor nagyobb keresztmetszetű falat építenek, pl. pincék vagy tartályok szerkezeteként már korábban készített, megszilárdult alapra.

27. ábra: Korai hőmozgás miatti repedések falban (Ujhelyi, 2005)

– 28 –

A zsugorodás-különbségek által keltett feszültségek fokozatosan fejlődnek ki a beton

hosszú időtartamú zsugorodásával, miközben a kúszás egyidejű hatása mérsékeli az eredő feszültségeket. A kúszásnak ez a kedvező hatása nem lép fel a hidratációs hő okozta hőmérséklet-különbségek miatt kifejlődő feszültséggel szemben, minthogy ez a folyamat a bedolgozás után néhány napon belül lezajlik és a fiatal beton még kis alakváltozási képességű.

A működő szerkezetekben repedés az elemeken belüli hőmérséklet-különbségek miatt keletkezik. Például kémény esetén, amely belül meleg és kívül viszonylag hideg, a külső oldalon függőleges repedések képződhetnek. Hirtelen hűtéskor (például egy reaktor nyomás alatti kamrájának vészhelyzet miatti lezárásakor) jelentős repedezés következhet be. A napi környezeti változások – jellegzetesen a nem-lineáris hőmérséklet eloszlás – következtében is repedések alakulhatnak ki, például hídpályalemezekben vagy útburkolatokban. Ezek ugyanis a repedéshez elegendő húzófeszültséget okozhatnak, amellyet a beton nem képes elviselni, ha nincs erre megfelelően vasalva vagy előfeszítve.

A zsugorodás a beton terhelésétől független, hosszú idejű alakváltozás a száradás miatti térfogatcsökkenés következtében. Ha egy szerkezeti elem zsugorodás miatti rövidülését kívülről megakadályozzuk, akkor tengelyirányú vagy excentrikus erők alakulhatnak ki, s ha ezek felülmúlják a beton határ-alakváltozását, akkor átmenő repedések jönnek létre. Ha a beton a felületéről kiindulva kezd el száradni, akkor a felületi réteg és a mag között zsugorodás-különbség alakul ki, amely egyensúlyban lévő feszültségeket hoz létre, mégpedig a felületen húzófeszültséget, a magban nyomófeszültséget. A zsugorodás okozta felületi repedezés is, mint a hőmérséklet okozta repedezés, legtöbbször térkép-szerű és gyakran nem lehet megkülönböztetni a hő okozta, 26. ábrán látható repedésektől.

A zsugorodás – legalábbis részben – reverzibilis, és ha növekszik a nedvességtartalom, akkor jelentős duzzadás következhet be. A zsugorodás utáni mozgás nem korlátozódik a szerkezet építése utáni korai időszakra. A relatív páratartalom csökkenése (pl. központi fűtés vagy légkondicionálás következtében) a szerkezet élettartama alatt bármikor jelentős mozgásokat okozhat, és repedések keletkezhetnek.

Az alap süllyedése miatti repedezés főleg a nem-szerkezeti elemeket érinti (válaszfalak, kitöltő panelok, ablakok, ajtók), hacsak nincs nagymérvű egyenlőtlen süllyedés. Ez esetben a teher okozta repedésekhez hasonló repedezés alakulhat ki.

2.2.8.5. A repedezés illeszkedése a vasaláshoz

A repedezésnek a szerkezet tartósságához és élettartamához kapcsolódó fontosságát alapvetően befolyásolhatja, hogy a repedések hosszirányúak-e vagy nem, azaz követik-e az acélbetét vonalát vagy nem (21. ábra). Ez különösen lényeges az acélbetétek korróziója miatt, de ezen túlmenően jelentősen csökkenhet a tapadás és a nyírószilárdság a hosszirányú repedések kifejlődésekor. Közvetlen teher okozta húzás, illetve hajlítás, vagy a beton alakváltozása miatti repedezés várhatóan merőleges a húzási főirányban elhelyezett acélbetétekre. Nem valószínű, hogy az ilyen terhek a fő-acélbetétekkel párhuzamos repedéseket hozzanak létre. Vannak azonban általában keresztirányú acélbetétek is és gyakran alakulnak ki ezek mentén repedések; az ilyen acélbetétek okai is lehetnek a repedéseknek (28.ábra).

– 29 –

28. ábra: A repedezés illeszkedése a vasaláshoz (Ujhelyi, 2005) A nyírás és a húzás harántrepedésekhez vezetnek és nem valószínű, hogy irányuk

megegyezzék az acélbetétek irányával. A tapadás miatti repedések a fő-acélbetétek vonala mentén alakulnak ki, de kicsi az

esélye az ilyen repedésnek bármilyen üzemi teher mellett, ha a szerkezetet megfelelően méretezték. A plasztikus zsugorodási repedések esetleg követhetik az acélbetétek vonalát. Ez különösen a plasztikus ülepedési (roskadási) repedésekre igaz, ahol a repedést éppen az acélbetét hozza létre. Nagy a kockázata a vasalás irányát követő repedezésnek; különösen a keresztvasalás mentén, mint amilyen a gerendák kengyelezése, ha kisebb rajtuk a betontakarás, mint a fővasbetéteken.

2.2.8.6. A repedezés következményei Általában azt lehet tapasztalni, hogy a teher vagy az alakváltozás okozta repedések

fajtáinak szokványos használat mellett nincs komoly károsító hatása, feltéve, hogy a szerkezet egyébként ép, de a szerkezet vízzáróságát ronthatja. A legfontosabb tényezők, amelyek meghatározzák, hogy vajon a repedezés káros-e a betonszerkezetre, a szerkezeti alak és a vasalás egyedi feltételeihez kapcsolódnak, továbbá a betonösszetétel kiválasztásához és a kivitelezés, illetve utókezelés módjához és minőségéhez. A szerkezet magasságának vagy keresztmetszetének hirtelen megváltozása repedést okozó plasztikus ülepedéshez vezet, vagy helyi feszültségkoncentrációhoz, amely előbb vagy utóbb repedéseket hoz létre. Erre példákat lehet találni az üreges, a bordázott és a kazettás lemezekben. Az alakváltozás miatti repedések száma és mérete a belső vagy a külső gátoltság mértékétől függ. Belső gátoltságot okoz például a keresztmetszet vékony és vastag részei között, vagy a felületi réteg és a mag között a szilárdulás kezdeti szakaszában és a szokványos használat alatt kifejlődő hőmérsékletkülönbség, valamint az ehhez kapcsolódó acélbetét.

A vasalás repedéseket eredményezhet ott, ahol koncentrált terheket ad át betonnak, vagy ahol a vasalás kedvezőtlenül befolyásolja a beton bedolgozását és tapadását. Koncentrált erőt hoznak létre az éles hajlatok, a rövid vasalások, a bemélyedések, a nagy tapadófeszültségű zónák, a feszített pászmák esetén az egymáshoz közeli lehorgonyzások, stb.

A vasalás részleteit tekintve a tényleges betontakarás és a betétek távolsága döntő tényezők a beton megfelelő elhelyezésére és tömörítésére, különösen az erősen vasalt zónákban, mint amilyenek a gerendák, oszlopok vagy födémek alátámasztásai és csomópontjai. A beton összetétele főleg a plasztikus zsugorodási és ülepedési repedéseket befolyásolja, amelyek a beton vérzésétől függenek. A vérzés csökkenthető és teljesen el is kerülhető az adalékanyag szemeloszlásának a gondos kiválasztásával, heterogén cementtel és

– 30 –

képlékenyítő vagy folyósító adalékszerek alkalmazásával. Ezek eredményeképpen csökken az ülepedés vagy a roskadás kockázata, de ugyanakkor nő a plasztikus zsugorodás esélye.

A kivitelezést végző személyzetnek lényeges szerepe van a bedolgozott beton egyenletességében, az utókezelésben, valamint az acélbetétek pontos elhelyezésében. Az acélbetétek fölötti betontakarás és a külső betonkéreg ("bőr") minősége alapvető tényező az egész szerkezet vízzáróságát tekintve. Az előbbiekben részleteztük a repedéseket kiváltó, illetve az azokat befolyásoló tényezőket. Ebből következik, hogy a beton és vasbeton szerkezetek repedezését csak akkor lehet elkerülni, ha a szerkezet alakját, a betonösszetételt és a beton készítését kölcsönhatásaiban vesszük figyelembe, illetve határozzuk meg. A szerkezettervezőnek, a statikusnak, a betontechnológusnak, a beton készítőjének és a szerkezet kivitelezőjének együtt kell működnie a vízzáró szerkezet kialakítása érdekében.

2.2.9. Minőségellenőrzés, minőségtanúsítás

A vízzáró betonok készítésének, illetve minőségének az ellenőrzésére tervet kell készíteni, és azt a tervdokumentációhoz kell csatolni „Minőségellenőrzési terv" címmel. Amennyiben a beton készítésének a Minőségügyi Kézikönyve részletesen foglalkozik a vízzáró betonokkal, akkor a Kézikönyv előírásaira kell hivatkozni. A minőségellenőrzési tervben meg kell adni

– az alapanyagok minőségvizsgálatának a gyakoriságát és a tartalmát, – a friss betonkeverék ellenőrzésének a módját és gyakoriságát, – a készítendő ellenőrző próbatestek méretét, darabszámát, gyakoriságát és a

végzendő vizsgálatokat, – a munkahézagok kialakításának a módját és ellenőrzését.

Ha a betonkeverék a munkahelyen készül, akkor általában a következő vizsgálatokat célszerű előírni:

– az adalékanyag vizsgálata átvételkor (frakciónként agyag-iszap tartalom, legnagyobb szemnagyság és szemmegoszlás vizsgálata az MSZ 4713:1977 szerint),

– a cement szemrevételezése átvételkor (a cement minőségi bizonylatának, színének és csomósodásának az ellenőrzése),

– az adalékszer minőségi bizonylatának az ellenőrzése átvételkor, – az adalékanyag naponkénti munkahelyi vizsgálata a műszak megkezdése előtt

(nedvesség-tartalom, szemmegoszlás, finomsági modulus, egyenlőtlenségi együttható, agyagiszap vagy agyagrög tartalom), továbbá az időjárás változásakor többször (nedvességtartalom) vagy akkor, ha a depónia minősége a kitermelés előrehaladtával szembetűnően megváltozik,

– a cement munkahelyi vizsgálata szállítmányonként (vízigény, kötésidő, térfogatállandóság, őrlésfinomság),

– az adalékszer munkahelyi vizsgálata szállítmányonként, – az alapanyagok mérlegelési pontosságának a vizsgálata legalább minden 1000

m3 beton keverése után, – a friss betonkeverék konzisztenciájának a rendszeres vizsgálata (legalább 10

keverésenként egy-egy alkalommal), – a bedolgozott friss beton naponkénti szemrevételezése, az utókezelés

folyamatos ellenőrzése, – a munka megkezdése előtt a próbakeverés s ebből próbatestek készítése

vízzáróság és nyomószilárdság vizsgálatára,

– 31 –

– legalább 100 m3-enként vízzárósági és nyomószilárdsági vizsgálatra minimum 3-3 db próbatest készítése,

– a szilárd szerkezet minőségegyenletességének az ellenőrzése valamely roncsolásmentes vagy csekély roncsolást okozó helyszíni vizsgálati módszerrel, továbbá az esetleges repedezés szemrevételezése, helyének rögzítése,

– az építésszervezési (organizációs) okból szükséges munkahézag helyének és kivitelezésének az ellenőrzése, az ellenőrzés gyakorisága és módja,

– teendők a munka váratlan megszakításakor keletkező munkahézag kialakítására és ellenőrzésére.

Ha a betonkeveréket központi betonüzemből szállítják, akkor meg kell követelni, hogy

az üzem a beton összetételét részletesen bizonylatolja, azaz adja meg a felhasznált cement fajtáját és gyártási idejét, a felhasznált adalékanyag minőségi jellemzőit (finomsági modulus, egyenlőtlenségi tényező, legnagyobb szemnagyság, szennyezettség), a felhasznált adalékszer fajtáját, valamint a beton pontos keverési arányát tömeg szerint és a betonkeverék konzisztencia-mérőszámát (a konzisztencia vizsgáló eszközt a szerződésben kell megadni).

Az építkezés helyén általában a következő vizsgálatokat célszerű előírni: – a konzisztencia ellenőrzése szállítmányonként ugyanazzal a konzisztencia-

vizsgáló eszközzel, mint amelyet a betonüzem használ, és amelyet a szerződésben megadtak,

– a nyomószilárdság és a vízzáróság ellenőrzése 3-3 db próbatesttel, min. 150 m3-enként,

– a megszilárdult szerkezet minőségegyenletességének az ellenőrzése valamely roncsolásmentes vagy kevés roncsolással járó helyszíni vizsgálati módszerrel,

– az esetleges repedések szemrevételezése és helyének a rögzítése, – a munkahézagokkal kapcsolatos teendők (lásd előbb).

A beépített betonból próbatestek kivésését, kifúrását általában csak akkor szükséges előírni, ha a „Minőségellenőrzési terv"-et a kivitelező nem vagy csak hiányosan teljesítette (ilyen esetekben ezeknek a vizsgálatoknak a költségei a kivitelezőt terhelik).

Minden vizsgálat, ellenőrzés eredményét az építési naplóban, vagy az erre a célra rendszeresített, oldalszámozott minőségellenőrzési naplóban kell okmányszerűen rögzíteni.

2.3. Vizsgálati módszerek

2.3.1. Szabvány

A még érvényben lévő hazai szabvány (MSZ 4715/3-3.8): Meghatározás: A próbatest vízzáróságán illetve vízáteresztésén a próbatest ama tulajdonságát értjük, hogy meghatározott egyoldai víznyomás esetén az ellentétes oldalon egyáltalán nem, vagy csak bizonyos mértékig jelentkezik a víz. A próbatestek méretei: A betonkeverékből készített próbatestek alakját és méretét az alábbi 4.táblázat tartalmazza.

– 32 –

A próbatest méretei [mm]

Hasáb Henger

A betonadalék legnagyobb

szemnagysága, Dmax [mm] alapja magassága átmérője magassága

Dmax < 32 200x200 120 150 120

32 < Dmax < 63 300x300 150 250 150

4. táblázat: A vízzáróság vizsgálatra készített próbatestek méretei

(A próbatestek mérettűrése + 1 mm.)

Ha a tervezett szerkezet vastagsága a 4. táblázatban előírt magassági méreteknél kisebb, akkor a próbatestek magassága azonos legyen a szerkezet tervezett vastagságával. A méreteket közölni kell a vizsgálati jegyzőkönyvben.

A beépített beton vizsgálatához kialakított, szerkezetből vett próbatestek méretei is lehetőleg egyezzenek meg a 4. táblázatban közölt értékekkel.

Ha a kimunkált próbatest méretei eltérnek a 4. táblázatban közöltektől, adatait, jellemzőit a vizsgálati jegyzőkönyvben rögzíteni kell. A próbatestek készítése és tárolása Acélformában készített próbatest

A próbatest az MSZ 4715/4 előírásainak értelemszerű alkalmazásával acélformában kell készíteni.

Hasáb alakú próbatest esetében a bedolgozás irányának és a víznyomás irányának viszonya egyezzék meg a megvalósuló szerkezet irányviszonyaival.

Ha a víznyomás iránya megegyezik a bedolgozás irányával, akkor a hasáb alakú próbatestek a nyomószilárdsági vizsgálat kockaformáiban az 4. táblázat szerinti magasságukra tömörítve készíthetők. Ha a víznyomás iránya merőleges a bedolgozás irányára, akkor a test álló helyzetben készítendő ( a fenéklap 120x200 mm illetve 150x300 mm). Kockaforma alkalmazása esetén az előírt méretet gondosan illesztett acélbetéttel kell biztosítani.

Henger alakú próbatestnél a bedolgozás iránya minden esetben egyezik a vizsgálatnál alkalmazott víznyomás irányával.

A próbatesteket elkészítésük után 24 órával ki kell zsaluzni, 7 napos koráig víz alatt és a vizsgálatig 20 + 3 °C hőmérsékletű szobalevegőn kell tárolni.

A próbatestek víznyomásra merőleges felületeit 1 napos korukban a kizsaluzás után azonnal drótkefével fel kell érdesíteni. Ezt a későbbiekben tovább tárgyaljuk.

A szállítást 14 és 21 napos kor között célszerű lebonyolítani. A próbatesteket csak a víznyomás irányával párhuzamos felületükön szabad

jelöléssel (festéssel) ellátni. Lemoshatatlanul rögzíteni kell a bedolgozás irányát, hogy a vizsgálat során a

víznyomás iránya a megfelelő helyzetű legyen a bedolgozás irányához képest.

Szerkezetből vett próbatestek

A beépített beton vizsgálatához a próbatesteket az MSZ 4715/4-ben a próbatestek kialakítására adott előírás szerint kell készíteni.

– 33 –

A vizsgálat céljától függően a beton felületén alkalmazott vakolás vagy más vízzáró réteg eltávolítandó, vagy a valóságos igénybevételnek megfelelő irányban a próbatesttel együtt vizsgálandó.

A próbatesteken alkalmazott jelölések csak a víznyomás irányával párhuzamos felületükön szabad elhelyzni.

A vizsgálat előkészítése

A próbatestet a vizsgálat előtt 1-2 nappal a beton felületéhez tapadó vízzáró réteggel úgy

kell bevonni, hogy a vízzel érintkező felület és a vele szemben lévő megfigyelő felület szabadon maradjon. Szükség esetén a nyomásálló vízzárást fémköpennyel és vízzáró kiöntéssel lehet biztosítani. Bevonás után a próbatestet vissza kell helyezni a tárolótérbe és abból csak közvetlenül a vizsgálat előtt szabad kivenni a vizsgálógépbe való behelyezés céljából.

A próbatest oldalán feltűntetett jelölést lemoshatatlanul fel kell írni a bevonatra vagy a fémköpenyre. A vizsgálóberendezés és a vizsgálati körülmények

A vízzáróság vizsgálathoz minden olyan készülék alkalmazható, mellyel a próbatest

vízzel érintkező felületén megfelelő víznyomást lehet létrehozni. A nyomás legalább a fent előírt fokozatokra + 3%-ra pontosan legyen beállítható, tartható és mérhető.

A vizsgálóberendezés olyan legyen, hogy a vízfogyasztást próbatestenként 0,1%-ra pontosan meg lehessen mérni, a próbatest alsó felülete megfigyelhető, a próbatesten átszivárgó víz összegyűjthető és 0,1 g hibahatárral mérhető legyen.

A próbatestet két szorítófej közé kell helyezni. A felső fejben kiképzett nyomókamra és az alsó fejben kiképzett kifolyónyílás rugalmas tömítőgyűrűvel vízzáróan csatlakozzék a próbatest vizsgálandó felületéhez. A felső és alsó kör alakú vizsgálati felület azonos méretű legyen. A vizsgálandó felületek átmérőjét a 2. táblázat mutatja.

A próbatest

Hasáb alapéle [mm]Henger

átmérője [mm]

A felső és alsó vizsgált felület átmérője (a tömítőanyag által

körülhatárolt méret) [mm]

200 150 100 + 0,5

300 250 200 + 1,0

5. táblázat: A vizsgálati felületek átmérője

Különleges esetben (pl. vízáteresztési tényező meghatározása kifúrt próbatesteken) az 5.

táblázatban szereplő felület módosítható. Ilyen esetben azonban a vizsgált felület méretét fel kell tűntetni a vizsgálati jegyzőkönyvben.

A vizsgálóberendezés csövei, tartályai és szelepei tökéletesen vízhatlan tömítésűek legyenek, hogy vízveszteség csak a próbatesten át legyen lehetséges. A nyomáskamra légtelenítéséről gondoskodni kell, hogy a víz buborékmentes legyen.

– 34 –

A vizsgálathoz 20 + 3 °C hőmérsékletű 10-20 nk° keménységi fokú, ivásra alkalmas vizet kell használni, mely a betonra káros alkotórészeket nem tartalmazhat. A vizsgálat alatt a helyiség hőmérséklete 20 + 3 °C, relatív nedvességtartalma 65 + 10% legyen. A vizsgálat

A próbatestet úgy kell beszorítani a befogófejek közé, hogy a vizsgálat alatt semminemű szivárgás ne léphessen fel.

A próbatesteket 48 órán át 1 daN/cm2 ezt követően 24 óránként – a nedves folt megjelenéséig – megkétszerezve 2, 4, 8, 16 daN/cm2 túlnyomásnak kell alávetni. Az előírt nyomásfokozatokat – a nyomókamrában mérve - + 3% pontossággal kell betartani.

Óránként ellenőrizni kell a vízfogyasztást és meg kell vizsgálni, hogy a próbatest alsó felületén észlelhető-e a nedves folt.

A nedves folt megjelenésekor az alsó gyűjtőedényt, ha az eddig nem volt felszerelve, vízzáróan a próbatest vízzáró burkához kell rögzíteni. A nedves folt megjelenésekor ható nyomást további 24 órán át kell működtetni és a vízfogyasztást a nedves folt megjelenésétől számított 2, 6, 12, 18 és 24 óra múlva kell a vízmérőkön leolvasni.

A vizsgálat befejezése után az alsó vízgyűjtő edényben lévő vizet a próbatest alsó felületéről hozzácseppentett vízcseppekkel együtt 0,1 g pontosságra kell megmérni.

A próbatestet a vizsgálat után a víznyomás irányával párhozamosan (lehetőleg középen) azonnal el kell hasítani az MSZ 4715/4 szerint. Meg kell figyelni a hasított felületen a próbatest belsejének állapotát és a nedvesített felület alakját.

Ha a vizsgálat folyamán a legnagyobb nyomásfokozatnál sem keletkezett vízátszivárgás, akkor ezt a fokozatot 24 órán át kell működtetni a próbatestre, azután az előző bekezdésben leírtaknak megfelelően el kell hasítani és meg kell határozni a nedvesített felület alakját és nagyságát. A vizsgálati eredmények értékelése

A vizsgálat folyamán megállapítandó az a legnagyobb nyomásfokozat, amelynél a próbatest alsó felületén még nem észleltek nedves foltot, továbbá ha nedves folt keletkezett, akkor a folt észlelésének időpontja és a folt keletkezésekor leolvasott víznyomás.

Megállapítandó a nyomásfokozás időpontjaiban és a nedves folt keletkezése utáni időpontokban meghatározott vízfogyasztás és a vízmérőedényben összegyűjtött vízmennyiség, továbbá az elhasított próbatesten megfigyelt betonstruktúra, valamit a nedvesített felület alakja.

Ha a testen a legnagyobb vizsgálati nyomáson sem szivárgott át a víz, akkor a vízmérőedényben összegyűjtött vízmennyiség helyett a nedvesített felület alakját és méretét kell meghatározni. A vizsgálati jegyzőkönyv

A vizsgálati jegyzőkönyv feleljen meg az MSZ 4715/1 szerinti követelményeknek.

A vizsgálati jegyzőkönyvben rögzíteni kell a fent leírtak szerinti vizsgálat körülményeit és eredményeit. Külön ki kell emelni, ha a vizsgálat egyes lépési eltérnek a jelen szabványban előírtaktól.

– 35 –

A jelenleg bevezetés alatt álló új szabvány a következőképpen rendelkezik a beton vízzáróságáról, illetve annak vizsgálatáról (MSZ 4798-1:2004):

Ha a vízzáróságot meg kell határozni próbatesteken, akkor a vizsgálati módszerben és a megfelelőségi feltételekben az előírónak és a gyártónak meg kell egyeznie. Megegyezéses vizsgálati módszer hiányában a vízzáróságot közvetett módon is elő szabad írni, a betonösszetétel határértékeivel.

Ha a betontól vízzáróságot követelünk meg, akkor a cementtartalom, a víz/cement tényező, a testsűrűség és a nyomószilárdsági osztály feleljen meg az EN 206-1 Nemzeti Alkalmazási Dokumentuma (NAD) F1. táblázat előírásainak.

A vízzáró beton homokos kavics adalékanyagának (MSZ EN 12620:2003) szemmegoszlása a B határgörbe mentén, de ne fölötte helyezkedjék el (M melléklet).

A beton vízzáróságát az MSZ EN 12390-8:2001 szabvány szerint, legalább 28 napos korú, végig víz alatt tárolt próbatesten, 75 mm átmérőjű körfelületen 72 + 2 órán át 5 bar (5, + 0,5 MPa) állandó víznyomáson kell vizsgálni. A próbatest víznyomásra merőleges, felérdesített oldalának hossza vagy átmérője legalább 150 mm, magassága legalább 100 mm legyen, következésképpen a vizsgálatot a Magyarországon szokásos 200 x 200 x 120 mm méretű próbatesten is el szabad végezni, de ugyanígy alkalmas a 150 mm élhosszúságú szabványos próbakocka is.

Ha a próbatest mérete 200 x 200 x 120 mm, akkor 100 mm átmérőjű körfelületen is szabad az 5 bar víznyomást alkalmazni, de ebben az esetben a vizsgálati jegyzőkönyvben a próbatest méretét és a vízzel nyomott körfelület átmérőjét is meg kell adni.

Magyarországon azonban szabad a vízzárósági próbatestet vegyesen, azaz 7 napos korig víz alatt, utána laboratóriumi levegőn tárolni – ha ebben az előíró és a gyártó előzetesen írásban megállapodik –, de ebben az esetben vizsgálati jegyzőkönyven a tárolás módját (vegyesen tárolva) is meg kell adni.

A beton vízzárósága a tárolásmódtól függetlenül akkor megfelelő, ha a vizsgálat eredményeként minden egyes próbatesten a vízbehatolás mélysége (MSZ 4798-1):

- XV1(H) környezeti osztály esetén legfeljebb 60 mm - XV2(H) környezeti osztály esetén legfeljebb 40 mm - XV3(H) környezeti osztály esetén legfeljebb 20 mm

A végig víz alatt tárolt próbatesteken a jobb hidratáció folytán és a zsugorodás kizárása miatt kisebb vízbehatolási mélység mérhető.

A vízzáró betonok készítésének beton-összetételi és egyéb feltételeiről a vonatkozó műszaki előírásokban is lehet tájékozódni mindaddig, amíg e tárgyban új dokumentumok meg nem jelennek.

– 36 –

A két szabvány által előírt vizsgálatok közötti különbséget a 27. ábra mutatja:

29. ábra: A szabványos vizsgálatok különbségei (Kausay, 2003)

30. ábra: Beton vízzáróság vizsgáló berendezés 1969-ből (Kausay, 2000)

– 37 –

31. ábra: Vízzáróság vizsgáló berendezés a 80-as évekből (Palotás– Balázs, 1980)

32. ábra: Vízzáróság vizsgáló berendezés a 80-es évekből (BME, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék)

– 38 –

33. ábra: Jelenleg használatos, korszerű vízzáróság vizsgáló berendezés (BME, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék)

34. ábra: Vízzárósági vizsgálat végén az elhasított próbatestek

– 39 –

3. A KISÉRLETEK LEIRÁSA

3.1. Kísérletek megtervezése

3.1.1. A GWT-4000 műszeregység (továbbiakban GWT) bemutatása: A műszer felépítése:

A műszer egy nyomáskamrából áll, amelyet menettel mozgatható dugattyú zár le és amelyhez még egy kis menetes dugattyú csatlakozik, melyet egy mikrométer-csavarral lehet mozgatni. A nyomáskamrához van csatlakoztatva egy nyomásmérő óra, amely 6 bar méréshatárral rendelkezik és két szelep, amelyeken keresztül a kamra megtölthető vízzel, légteleníthető illetve leereszthető.

Ezen kívül tartozéka még két leszorító kar, amelyeket a beton felületre csavarral lehet rögzíteni és a műszert ezek segítségével kell a felületre szorítani.

A műszert a felületre egy tömítőgyűrűvel csatlakoztatjuk. Az eszközt habbetétes alumínium táskában szállítjuk és tároljuk.

A mérés végrehajtása:

Vízszintes és függőleges felület vizsgálata esetén, az eszközt eltérő módon kell összeszerelni.

A különbség a nyomáskamra légtelenítésének lehetőségében van, és ezért vízszintes felület vizsgálata esetén az oldalsó (B) jelű szelephez kell a feltöltő csövet és tölcsért felszerelni. Függőleges felület vizsgálatakor, ugyanezt a szerelvényt az (A) jelű szelephez kell csatlakoztatni oly módon, hogy a (B) jelű szelep függőlegesen felfelé mutasson.

35. ábra: A GWT-4000 műszer (http://www.germann.org/Pages/Products/GWT/GWT.htm)

A nyomáskamra nagyméretű dugattyúját függőlegesen ki kell tekerni, oly módon, hogy

kb. 3-4 menet láthatóvá váljon a kamraházon. A mikrométer csavart egy kezdeti pozícióba kell kitekeréssel állítani (például

20,00 mm).

B

A

– 40 –

A leszorító karok rögzítéséhez egymástól 250 mm-re két 8 mm átmérőjű furatot kell készíteni.

A furatokba dübelekkel lehet a leszorító karokat rögzíteni. Az alkalmazni kívánt nyomás és a betonfelület durvaságának függvényében ki kell

választani a megfelelő vastagságú tömítő gyűrűt. (Nagyobb nyomás estén vastagabb gyűrűt célszerű használni.)

A leszorító karok feloldása után kell elhelyezni a GWT-t a felületen és a karokkal rögzíteni. Fontos, hogy a leszorítás olyan erős legyen, hogy a tömítő gyűrű ne látszódjon a GWT és a beton felülete között.

Ezek után mindkét szelepet kinyitva, a nyomáskamrát fel kell tölteni desztillált vízzel és porózus betonfelület esetén 10 percet várni kell annak érdekében, hogy a felületen beszivárgó víz ne zavarja meg a mérési eredményt. A beszivárgott vizet a nyomáskamrában pótolni kell. A szelepek elzárásakor különösen ügyelni kell arra, hogy a nyomáskamrában ne maradjon levegő.

A nyomáskamrát lezáró dugattyú becsavarásával kell előállítani a kívánt nyomást. Amennyiben oldalt szivárgás tapasztalható, a mérést újra kell kezdeni olya módon, hogy mielőtt a GWT-t a felületre helyezzük, szilikon pasztával a tömítőgyűrűt át kell kenni. Ezután lehet leszorítani és vízzel újból feltöltve a nyomást létrehozni.

A választott nyomást a mikrométer csavar folyamatos betekerésével lehet állandó értéken tartani.

A mikrométer csavar állását egy előre kiválasztott időtartam eltelte után kell feljegyezni. Az induló és a végső leolvasás közötti különbség a víz behatolásának mennyiségére jellemző érték. A mérés során három lehetséges esemény következhet be:

A mérés során a tömítés körül nem válik láthatóvá víz. A tömítésen át víz jelenik meg. A tömítés mellett a betonból szivárogni kezd a víz.

Ezen három különböző esetben a mért eredmények kiértékelése különböző módon

történik. Amennyiben az első eset következik be, vagyis nem tapasztalunk vízszivárgást, akkor a

víz beszivárgásának sebességét a következő képlettel lehet meghatározni:

[ ]1 2 1 2 1 2( ) 78,6( ) 0,026 ( ) / sec3018

B g g g g g gq mmA t t t

⋅ − − ⋅ −= = =

⋅ ⋅

ahol: „B” a mikrométer csavarral mozgatható dugattyú felülete „ 1g ” és „ 2g ” a mikrométercsavar állása a mérés kezdetekor és végén „A” a víznyomással terhelt felület nagysága, 3018 mm2

„t” a mérés időtartama másodpercben kifejezve

– 41 –

A második estben, tehát amikor a tömítésen át jelenik meg a víz, akkor meg kell

bizonyosodni arról, hogy a tömítés megfelelő-e. Azt is meg lehet fontolni, hogy lecsökkentsük a nyomás értékét. Abban az esetben, ha biztosak vagyunk benne, hogy a víz nem a rossz tömítésből eredően szivárog, akkor Darcy törvényét alkalmazzunk a betonfelület áteresztő képességének meghatározására:

2 / sec/cpqC mm bar

P L⎡ ⎤= ⋅⎣ ⎦

ahol: „ cpC ” a betonfelület áteresztő képessége „q” az áramlás sebessége (mm/s) „P” a választott nyomás (bar)

„L” a víznyomással terhelt felület távolsága, 15 mm (a nyomáskamra falának

vastagsága)

A harmadik esetben, amikor a felület porózus, vagy repedt, a felületet le kell csiszolni és a mérést újrakezdeni, vagy azt másik felületen kell végrehajtani.

36. ábra: A GWT-4000 műszer vázlata (www.germann.org/Pages/Products/GWT/GWT.htm)

– 42 –

3.1.2. A kísérletek megtervezése

A problémára, amely a dolgozatunk tárgya, a konzulensünk hívta fel a figyelmünket. A kísérletek megtervezése során az első dolog, amelyre megoldást kellett találnunk az

volt, hogyan tudjuk a GWT műszert a próbatestekre rögzíteni, mivel a leszorító karokon a csavarozási furatok távolsága nagyobb, mint a próbatestek szélessége.

Olyan megoldást kerestünk, amely azt is biztosítja, hogy a rögzítést a próbatestekre egyszerűbben és gyorsabban meg tudjuk valósítani, ne kelljen minden próbatestre furatokat készíteni. A BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszéke bocsájtott rendelkezésünkre alapanyagokat a saját anyagtárából. Ezek ismeretében egy olyan acél keretet terveztünk, amelyre a rögzítő karokat fel lehet csavarozni és amelybe a próbatesteket behelyezve, gyorsan és egyszerűen lehet rögzíteni a műszert. Ezt a mérőkeretet azután saját eszközökkel saját kezűleg gyártottuk le. Az acél mérőkeret tervét a 38. ábra mutatja.

A tanszék felajánlotta, hogy az oda vízzáróság vizsgálatra beérkező próbatesteken, az akkreditált vizsgálat előtt, végrehajthatjuk a GWT műszeres mérést a próbatestek egy olyan oldalán, amely a szabványos vizsgálatban nem vesz részt.

Miután a próbatesteken az akkreditált vizsgálatokat is végrehajtották, azoknak az eredményeit a tanszék a rendelkezésünkre bocsájtotta.

Ezenkívül, saját próbatesteket is készítettünk oly módon, hogy a tanszéken frissbeton-vizsgálatokra használt betont különböző mértékben betömörítve vizsgáltunk, így vízzáróság szempontjából rosszabb betonokon is végre tudtuk hajtani a mérést. Később ezek a próbatestek is átestek a szabványos vizsgálaton.

37. ábra: A próbatestek vizsgálatához szolgáló acél mérőkeret

– 43 –

U-120

U-120

Előlnézet

Felülnézet

A - A metszet

A

A

38. ábra Acél mérőkeret terve M=1:5

– 44 –

39. ábra: A GWT-4000 műszer az általunk legyártott mérőkeretben rögzítve

3.2. Vizsgálatok

A vizsgálatok során a GWT műszeren a mikrométer csavart a mérés elején 20,00 mm-re tekertük ki, mérési időtartamnak pedig 5 percet választottunk. Kezdetben több nyomásfokozattal is próbálkoztunk. Először kisebb nyomást, 1,5 és 2 bar-t használtunk, de hamar megmutatkozott, hogy a magas vízzárósági fokozatú betonoknál, ekkora nyomás mellett sokszor a mérés végéig se állítottunk a mikrométer csavaron, tehát a mérésnek nem volt eredménye. A továbbiakban ezért a vizsgálatokat 4 bar nyomáson folytattuk, ami már elegendőnek bizonyult. Ekkor viszont a gyári tömítés nem volt elég erős, hogy elviselje ezt a nagyobb nyomást, ezért készítettünk a műszerhez egy erősebb gumi tömítést és a méréseknél a tömítés felületét megkentük szilikon pasztával.

Összességében mintegy 78 próbatesten, végeztünk egy-egy mérést. Az összes mérési eredményünket nem szerepeltetjük a dolgozatunkban, mivel ezek közül csak 54 darab 4 bar nyomáson végzett vizsgálati eredményünk van és a kiértékelést az utóbbiakra végeztük el. A mérések körülbelül kétharmadánál, egy-egy mérés közel fél órát vett igénybe. Miután már kellő tapasztalatot és gyakorlatot szereztünk a műszer használatában, ez az idő 15-20 percre csökkent. Megemlítjük itt, hogy természetesen az így kapott tiszta mérési időt nem lehet az elvégzett vizsgálatok időigényének venni, mivel a próbatestek rendszertelen érkezése a laboratóriumba, valamint a mérőhelyiség szabad kapacitása erősen korlátozta a lehetőségeinket. Így a mérésekre ténylegesen fordított időtartam több mint fél évet vett igénybe. A mérési eredményeket először írásban rögzítettük, majd számítógépre, Excel táblázatba vittük fel. Az adatok feldolgozását és ábrázolását is ezzel a táblázatkezelővel végeztük el.

– 45 –

A kísérletek során felmerült az a kérdés, hogy mind a korábbi magyar, mind pedig a nemrégiben érvénybe lépett szabványos vizsgálatnál az az előírás, hogy a próbatest vizsgálandó felületét a kizsaluzáskor drótkefével fel kell durvítani, milyen mértékben befolyásolja a vizsgálat eredményét. Ezért kísérleteink végén egy betonkeverékből készítettünk 3 pár próbatestet, amelyeknél mindegyik párt különböző mértékig vibráltunk és amelyeknél páronként az egyik próbatest felületét feldurvítottuk. Ezeket a próbatesteket is a VZ4-es fokozatú szabványos vizsgálatnak vetettük alá és így vizsgáltuk ennek hatását.

3.3. Értékelés

A kísérletek kiértékelését oly módon végeztük el, hogy a GWT műszeres és a szabványos vizsgálat kimeneti adatait összepárosítottuk és koordináta rendszerben ábrázoltuk. A kapott ponthalmazra pedig görbét illesztettünk. Mivel mi minden próbatestet 4 bar nyomáson vizsgáltunk, ezért, hogy a szabványos vizsgálat során az milyen behatolási mélységnek felel meg, az függ a vízzárósági fokozattól, tehát minden vízzárósági fokozathoz külön görbe tartozik. Ezek közül, mivel a legtöbb próbatest VZ4-es fokozatú volt, csak ehhez a fokozathoz tartozó görbéhez van értékelhető számú pontunk. Továbbá, mivel a GWT műszerrel elvégzett vizsgálat során az egyetlen változó paraméter a mikrométer csavar állásának változása a mérés folyamán, a többi pedig állandó érték, ezért elegendő csak ezt alapul venni a pontok ábrázolásakor. Azokban az esetekben, amikor a mérés folyamán a mikrométercsavart kevesebb mint 5 perc alatt teljesen becsavartuk, akkor az eltelt idő alapján lineárisan extrapoláltunk és úgy határoztuk meg az 5 perchez tartozó becsavarási értéket. Az általunk meghatározott összefüggést a VZ4-es vízzárósági fokozatú vizsgálat és a GWT műszeres mérés között a 6. táblázat és a 40. ábra tartalmazza. Az ábrázolt ponthalmazra, a szemmel láthatóan legjobban ráilleszthető görbét fektettük, melynek egyenlete:

3)ln(11 +∆⋅= gS

ahol: „S” a szabványos VZ4-es vizsgálatnak megfelelő víz behatolási mélység „∆g” a mérés elején és végén tett mikrométercsavar leolvasások különbsége A víz beszivárgásának sebessége a betonba nem állandó érték, hanem az idő múlásával

csökken. Erre vonatkozó összefüggést nem találtunk, viszont Maruta-Ogihara-Koshikawa-Itoh ACI Materials Journalban megjelent tanulmányában található ábrák is egyértelműen azt támasztják alá, hogy a betonba beszivárgott víz mennyisége az idő függvényében nem lineárisan változik. (Maruta-Ogihara-Koshikawa-Itoh, 2004)

A kísérletek során ezt a jelenséget mi is megfigyeltük. Azt azonban nem határoztuk meg, hogy ez a sebesség-változás milyen függvénnyel írható le és ehhez a fent említett tanulmányban sem találtunk segítséget. Ennek a függvénynek a meghatározása további kutatásokat igényel, mivel erre vonatkozóan nem rendelkezünk kellően pontos adatokkal. Kísérleteink eredményét pontosítani lehetne, ha ismernénk ezt a függvényt és ezt figyelembe véve végeznénk el az extrapolálásokat azokban az esetekben, amikor ez szükséges.

A kísérleteink végén készített próbatesteken való mérésekből az látszik, hogy a drótkefézett felületű próbatestek esetén a vízbehatolás mélysége kisebb. Ennek a megállapításnak a vizsgálata azonban szintén további kutatást igényel.

– 46 –

6. táblázat: Összepárosított saját és szabványos mérési eredmények

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

A mikrométercsavaron a leolvasások különbsége [mm]

A s

zabv

ányo

s VZ

4-es

viz

sgál

at

eset

én a

víz

beha

tolá

s m

élys

ége

S [m

m]

40. ábra: A kísérletek eredményeinek ábrázolása

A mikrométer- csavar állásának változása [mm]

A szabványos vizsgálat alatt a

vízbehatolás mélysége[cm]

A mikrométer- csavar állásának változása [mm]

A szabványos vizsgálat alatt a

vízbehatolás mélysége[cm]

0,00 12,00 8,26 15,00 3,68 11,00 7,44 17,00 3,35 12,00 3,80 16,00 0,82 16,00 15,22 14,00 3,15 15,00 16,72 12,00 4,13 17,00 3,98 12,00 4,76 13,00 12,80 16,00 3,50 10,00 20,00 14,00 1,81 11,00 6,96 13,00 5,47 11,00 11,05 36,00 8,36 11,00 16,30 38,00 3,20 13,00 20,00 39,00 2,38 16,00 5,67 28,00 4,54 14,00 9,90 30,00 2,04 15,00 13,85 27,00 2,55 15,00 16,09 28,00 3,45 13,00 30,46 32,00 4,35 13,00 50,00 31,00 4,46 13,00 24,00 28,00 3,70 16,00 20,00 34,00 3,50 14,00 25,00 31,00 2,72 13,00 4,00 16,00 2,79 15,00 1,25 18,00 5,10 14,00 2,95 16,00 9,98 11,00 187,50 58,00 3,06 12,00 176,47 64,00 9,02 14,00 153,80 62,00

g

– 47 –

3.4. Jövőbeni kutatások

Kísérleteinkből látszik, hogy összefüggés van a szabványos vízzáróság vizsgálat és a GWT műszeres mérés között, de ahhoz, hogy a GWT műszeres méréssel széleskörűen meg lehessen határozni a betonok vízzárósági fokozatát, még további kutatások szükségesek. Fel kell állítani az összefüggést a VZ4-es mellett a további vízzárósági fokozatokhoz is, ez további kísérleteket igényel. Emellett annak a megállapításnak a vizsgálata, hogy a megdrótkefézett felületű próbatestek esetében a vízbehatolás kisebb, szintén további kutatás igényét veti fel. Ahhoz, hogy eredményeinket pontosíthattuk, meg kell határozni a víz beszivárgásának sebességét a betonba, az idő függvényében, különböző nyomásfokozatok estén. 4. ÖSSZEFOGLALÁS Napjainkban az egyik legfontosabb építőanyag a beton. Attól függően, hogy milyen létesítményt tervezünk, a betonnak különböző követelményeket kell kielégítenie. Ezek közül a vízzáróság számos mérnöki létesítménynél elengedhetetlen. A vízzáróság függ a keveréktől, a helyszínen történő bedolgozás módjától, valamint a beton utókezelésétől.

A vízzáróság szabványos vizsgálata helyszínen készült próbatesteken történik. A vizsgálatnak jelenleg a legfőbb hátrányai azok, hogy hosszadalmasak és a tényleges szerkezet nem vizsgálható, csak az ahhoz alkalmazott betonból készült próbatestek.

Dolgozatunkban egy olyan vizsgálati módszert mutatunk be, amely ezeket a hátrányokat megpróbálja kiküszöbölni. Ez egy olyan roncsolásmentes vizsgálat amit a tényleges szerkezeten is el lehet végezni és melynek az eredményei alapján a vízzáróságot rövid idő alatt is (kevesebb mint egy óra) meg lehet határozni.

A kísérleteink célja egy összefüggés meghatározása volt, ezen és a szabványos vizsgálati módszer között.

A dolgozat első része irodalomkutatás a vízzáró betonokról. Áttekintést adunk az alkalmazásukról és a vízzáróságot befolyásoló tényezőkről.

A második részben ismertetjük a jelenleg érvényben lévő magyar (MSZ 4715/3-72 3. pontja) valamit az európai szabvány (EN 12390-8) által előírt beton vízzárósági vizsgálatot illetve az utóbbinak az MSZ 4798-1-ben megadott alkalmazási feltételeit.

Bemutatjuk a GWT-4000 vízáteresztő képesség vizsgáló műszert, amivel a kísérleteket végeztük. Ismertetjük a műszer használatát és leírjuk a kísérletek végrehajtását. A GWT-4000 műszerrel végzett kísérleteket egyrészt a BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszékére, tényleges vízzáróság vizsgálatra beszállított próbatesteken végeztük, melyek aztán az akkreditált vizsgálaton estek át, másrészt saját próbatesteket is készítettünk, hogy vízzáróság szempontjából rosszul készített betonokat is tudjunk vizsgálni.

Végül a kísérletek eredményei alapján felállítottunk egy összefüggést a jelenleg alkalmazott szabványos laboratóriumi mérési eredmények és az általunk használt műszerrel mért eredmények között. Az eredményekből kitűnik, hogy a beton vízzárósága meghatározható a GWT-4000 műszer segítségével is, használva az általunk felállított összefüggést. További laboratóriumi vizsgálatok szükségesek ahhoz, hogy eredményeink alapján széleskörűen használható összefüggéseket is meghatározhassunk.

– 48 –

5. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

Ezúton szeretnénk köszönetet mondani Dr. Borosnyói Adorján egyetemi adjunktus

úrnak hogy dolgozatunk elkészülését minden eszközzel elősegíteni igyekezett és a dolgozat elkészítése során értékes tanácsokkal látott el minket. Dr. Kausay Tibor tiszteleti egyetemi tanárnak az irodalomkutatásban végzett jelentős segítségéért, édesapámnak Simon Tamásnak, hasznos tanácsaiért. Nekik köszönhetjük a téma megismerését is, valamint köszönetet mondunk Dr. Józsa Zsuzsanna egyetemi docens asszonynak a GWT műszer rendelkezésre bocsátásáért.

További köszönettel tartozunk a BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék tanszékvezetőjének, Dr. Balázs L. György professzor úrnak és a tanszék laboratóriumában dolgozó Mikes István, Péter József technikusoknak és Földvári Gábor hallgatónak.

– 49 –

6. HIVATKOZÁSOK

Balázs Gy. (1994): „Építőanyagok és kémia” Műegyetemi Kiadó. pp. 80, 237-282, Dombi J. (1969): „Vízzáró beton” Építésügyi tájékoztatási központ. pp. 7-9, 43 Germann Instruments A/S (1999): „GWT-4000 Instruction and Maintenance Manual” J. Murata – Y. Ogihara – S. Koshikawa – Y. Itoh (2004): „Study on Watertightness of Concrete” ACI Materials Journal pp. 109 Kausay T.(2000): www.betonopus.hu – Dombi József építészmérnök emlékére Kausay T.(2003a): A „Beton” című szakmai havilap októberi száma – Adalékanyag pp. 10-11. Kausay T.(2003b): www.betonopus.hu – A beton és habarcs adalékanyag szemmegoszlási (szemeloszlási) határgörbéi. Kausay T.(2005): A „Beton” című szakmai havilap szeptemberi száma – Kötőanyagok pp. 6-7. MSZ 4715/3-72 3. pontja (1972): „Hidrotechnikai tulajdonságok” Magyar Szabványügyi Testület, pp. 6-10 MSZ 4798-1:2004 5.5.3. pontja (2004): „Beton 1.rész: Műszaki feltételek, teljesítőképesség, készítés és megfelelőség, valamint az MSZ EN 206-1 alkalmazási feltételei Magyarországon” Magyar Szabványügyi Testület, pp. 54-55 MSZ EN 12390-8 (2000): „Testing hardened concrete – Part8: Depth of penetration of water under pressure” European Committee for Standardization, pp. 1-5 Palotás L. – Balázs Gy. (1980): VIII. Beton. Beton – habarcs – kerámia – műanyag. Akadémiai Kiadó. pp. 19-27, 131-134 Sidney Mindess, J. Francis Young (1981) „Concrete” Prentice Hall International, INC., London pp. 544-548 Ujhelyi J. (1973): „Beton és habarcstechnológia” Műszaki Könyvkiadó. pp. 580-593 Ujhelyi J. (1985): „Vízépítési segédletek. Betontechnológia II.” pp. 113-121 Ujhelyi J. (2005): „Betonismeretek” Műegyetemi kiadó. pp. 147-152, 159-167, 231-237

– 50 –

7. SUMMARY IN ENGLISH Nowadays one of the most important structural materials is concrete. It has to satisfy different requirements, depending on the type of the structure. Out of these, watertightness is necessary in several engineering cases. Watertightness depends on the mixture, on the quality of compaction on site, and on the curing of the concrete.

The standard testing of the watertightness is carried out on specimens, which are prepared on site. The biggest disadvantage of the above method presently is that it is time consuming, and the structure itself can not be tested, only the specimens out of the concrete of which the structure is made of.

In our study we introduce a test method, which tries to eliminate these disadvantages. This is a non-destructive test method that can be done on the structure itself and from its results the watertightness of concrete can be determined in a short time (less than one hour). The goal of our research was to determine the connection between this and the standard test method.

The first part of the study is bibliographical research about watertightness of concretes. We give a summary about the usage of them and about the factors influencing watertightness.

In the second part we review the test methods, which are specified by the Hungarian Standard (MSZ 4715/3-72 3.point) and the European Standard (EN 12390-8), which are presently in force, and the conditions of usage of the second one by MSZ 4798-1.

We introduce the GWT-4000 water permeability test instrument with which we made the experiments. We review the usage of the instrument and we describe, how we made the experiments. These tests we have carried out on real specimens, which were supplied to the laboratory of the Department of Constructing Materials and Engineering Geology, BME for determination of watertightness. We prepared also own specimens, to analyse from the point of watertightness weak concretes. On these specimens, we also carried out the standard test after our experiment.

Finally, based on the results of our experiments, we found a connection between the results of the standard test, which is applied at present, and the results of our tests. From the results, it can be seen, that the watertightness of the concrete can also be determined by the GWT-4000 instrument on site, within a short period of time and on the structure itself by using the relation, which is found by us. Further experiments are necessary, based on our results, for find relations, which are extensively usable.