Charakterystyka materiałów

Beton i stal stanowią podobnie jak w żelbecie podstawowe materiały w konstrukcjach sprężonych. Oprócz nich stosuje się inne pomocnicze materiały i elementy, związane z technologicznymi operacjami formowania i sprężania konstrukcji. Podstawowe materiały różnią się od używanych w zwykłych konstrukcjach żelbetowych przede wszystkim cechami wytrzymałościowymi. Charakterystyka materiałów podana w tym rozdziale stanowi więc rozszerzenie informacji znanych z podręczników konstrukcji betonowych i żelbetowych oraz norm i instrukcji badania lub klasyfikacji tych materiałów (program uprawnienia budowlane na komputer).

Dobór rodzaju betonu, jego wykonanie oraz kontrolę cech wytrzymałościowych składników i końcowego produktu w całości przeprowadzają techniczne służby budownictwa jednostki projektowe, wykonawcze i badawcze. Zachodzi tu więc nieco inna sytuacja niż w przypadku stali, którą najczęściej jako gotowy produkt dostarcza przemysł metalurgiczny.

Fizyczny opis zjawisk, jakie składają się na powstanie z odpowiednio dobranych materiałów sypkich i wody nowego ciała stałego betonu, wykazującego dość znaczną wytrzymałość, jest dziedziną technologii betonu (program uprawnienia budowlane na ANDROID). W stwardniałym betonie wyróżnia się cztery fazy stałą, koloidalną, ciekłą i gazową, tworzone przez:

• ziarna kruszywa, spełniające na ogół rolę bierną,
• ziarna cementu, czynne, wchodzące łącznie z wodą początkowo w skład koloidalny zawiesiny, a następnie w skład szkieletu krystalicznego,
• wodę nie związaną, wypełniającą pory,
• pęcherzyki gazowe, głównie powietrza i pary wodnej (uprawnienia budowlane).

Faza koloidalna

Ta wielofazowa struktura nie jest stała. Przemianom ulega zwłaszcza faza koloidalna i krystaliczna, wskutek upływu czasu, zależnie od stopnia wytężenia oraz warunków cieplno-wilgotnościowych. Sprawia to, że beton jest materiałem niejednorodnym strukturalnie (w tym samym fragmencie występują wszystkie fazy składowe) i stochastycznie (w różnych fragmentach występuje różny udział poszczególnych faz, zmienny w czasie) (program egzamin ustny). W tej sytuacji opisuje się beton makroskopowo, określając cechy techniczne doświadczalnie, dla umownie ustalonych warunków i okresów badania. W zakresie podstawowych cech mechanicznych betonu charakterystyczny jest brak wyraźnej granicy między zakresem sprężystym a plastycznym, w dodatku z pewnymi znamionami cieczy. Jest to więc złożony materiał, określany jako sprężysto-lepko-plastyczny. Szczegółowe wyjaśnienie zjawisk i zmian strukturalnych w betonie dla różnych okresów twardnienia i poziomów obciążeń nie jest dotychczas jednoznaczne; różne hipotezy przedstawiono przystępnie.

Obok licznych wymagań specjalnych, jakie w różnych dziedzinach użycia konstrukcji sprężonych musi spełniać beton, można wskazać kilka podstawowych, wspólnych dla niemal wszystkich zastosowań. Dwie przyczyny dyktują te wymagania duże naprężenia ściskające w betonie w całych przekrojach elementów oraz koncentracja naprężeń w strefach przekazania sił sprężających na beton (opinie o programie). Wysoka wytrzymałość na ściskanie stanowi wymaganie najbardziej oczywiste; racjonalne przeniesienie dużych sił sprężających oraz redukcja przekroju betonu, a więc i ciężaru własnego konstrukcji, to bezpośrednie korzyści techniczne i ekonomiczne ze spełnienia tego wymagania (segregator aktów prawnych).

Uzyskanie wysokiej wytrzymałości jest ograniczone możliwościami technologicznymi. Normy wszystkich krajów wprowadzają dolną granicę wytrzymałości betonów przydatnych dla konstrukcji sprężonych, a ponadto wymagają określonej wytrzymałości w chwili przekazania sprężenia na beton. Polska norma [NI] wymaga betonu co najmniej klasy B 25 dla elementów kablobetonowych i B 30 dla strunobetonowych. Normy [N5] i [NI8] zalecają, aby w chwili przekazania sił sprężających na beton jego wytrzymałość wynosiła co najmniej 80% projektowanej średniej wytrzymałości 28-dniowej (promocja 3 w 1). W naszym kraju betony zwykłe w konstrukcjach sprężonych odpowiadają najczęściej klasom B 30 i B 40, a betony lekkie łupkoporytowe, bo tylko te dotychczas dopuszczono do sprężania, stosowane są w klasach B 25 i B 30.