Procesy fizyczne

Zwykły beton nie może często sprostać warunkom termicznym narzuconym przez budownictwo przemysłowe. Pod wpływem bowiem nagrzewania zachodzą w nim złożone procesy fizyczne i chemiczne, wpływające na strukturę betonu, jego zmiany objętościowo i wytrzymałościowe, które obniżają wartość użytkową betonu a często uniemożliwiają eksploatację budowli wykonanej z niego (program uprawnienia budowlane na komputer).

Do zasadniczych procesów, zachodzących w nagrzanym betonie należy w pierwszym rzędzie zaliczyć:

1. odparowanie wody chemicznie niezwiązanej,
2. dehydratację minerałów spoiwa cementowego,
3. karbonizację lub wtórne uwodnienie wolnego wodorotlenku wapniowego,
4. zmiany termiczne i postaciowe minerałów kruszywa (program uprawnienia budowlane na ANDROID).

Odparowanie wody chemicznie niezwiązanej zachodzi w temperaturze rzędu 100°C. Z punktu widzenia użytkowego jest to zjawisko korzystne. Wzrasta bowiem wytrzymałość betonu do granic, uzyskiwanych normalnie po wieloletniej eksploatacji. Odparowanie to musi jednak przebiegać wolno, ponieważ zbyt szybkie odwodnienie może doprowadzić do powstania rys i pęknięć, niszczących strukturę betonu (uprawnienia budowlane).

Dehydratacja minerałów spoiwa cementowego powoduje obniżanie się wytrzymałości spoiwa a tym samym i betonu. Objaw ten wzrasta dla zwykłego betonu z czasom nagrzewania i przebiega znacznie intensywniej przy wstrząsach termicznych i wielokrotnych nagrzewaniach. Karbonizacja wywołuje zmiany objętościowe spoiwa, zaś wtórne uwodnienie, to po prostu gaszenie wapna, powodujące rozpad betonu. Przebieg tych reakcji jest bardzo istotny, ponieważ obejmują one znaczne ilości wolnego wodorotlenku wapniowego, wydzielającego się przy dehydratacji minerałów spoiwa cementowego. Zmiany termiczne i postaciowe kruszywa powodują powstawanie w masie betonu dodatkowych, znacznych naprężeń. Wpływają one ujemnie na zwięzłość, a zarazem i na nośność betonu (program egzamin ustny).

Zalecenie normowe

Wszystkie wymienione czynniki wywołują obniżenie cech użytkowych zwykłego betonu. Zmniejsza się wytrzymałość i obniża sprężystość. Powstają rysy, pęknięcia. Występuje korozja, zwłaszcza w zewnętrznych warstwach betonu. Wzrasta jego uplastycznienie. Dlatego też słuszne jest zalecenie normowe, ograniczające zakres stosowania żelbetu do tych miejsc konstrukcji, w których temperatura nie przekracza 250°C (PN-56/B-03260,p. 0.2.5), zaś betonu do tych miejsc konstrukcji, w których temperatura nie przekracza 100°C (PN/B-03250 pkt. 3.2). Równocześnie z ograniczeniem zakresu stosowania muszą być skorygowane odpowiednio wytrzymałości obliczeniowe i uwzględnione zmienione warunki współpracy betonu i stali zbrojeniowej (opinie o programie).

Nagrzewanie betonu lub żelbetu do temperatur przekraczających graniczne temperatury normowe, wymaga stosowania specjalnych zabezpieczeń. Norma wymaga stosowania izolacji lub osłon ekranowych, chroniących przed zbyt silnym, nierównomiernym ogrzewaniem. Jest to metoda bierna, nie zapobiegająca skutkom, a jedynie obniżająca stopień nagrzewania konstrukcji do granic dopuszczonych przez normę. Bardziej właściwa jest metoda czynna, polegająca na zmianie składu betonu, dzięki czemu uodpornia się konstrukcję na wysokie temperatury. Metoda ta jest podstawą wytycznych normy PN-62/B-06257 ,,Beton żaroodporny na cemencie portlandzkim i hutniczym” (segregator aktów prawnych).

Istota zabezpieczeń wg metody czynnej polega na doborze dostatecznie wytrzymałego i termicznie odpornego, a równocześnie mało odkształcalnego kruszywa, wprowadzeniu do masy betonowej frakcji pylastych, tzw. mikrokruszywa, które absorbuje wydzielający się przy podgrzewaniu wolny wodorotlenek wapniowy, w ten sposób nie dopuszcza się do jego karbonizacji lub wtórnego uwodnienia; również istotną zaletą mikrokruszywa jest to, że stanowi on czynnik wiązania ceramicznego masy betonowej w tych zakresach temperatur, w których wytrzymałość wiązania hydraulicznego jest już zbyt niska i nadmiernie obniżona deliydratacją spoiwa cementowego; w wysokich bowiem temperaturach mikrokruszywo przechodzi przez fazę częściowo płynną, a wypalając się - tworzy ceramiczny szkielet betonu żaroodpornego, zastosowaniu odmiennych rodzajów kruszywa oraz wprowadzeniu frakcji pylastych; poza tym odmienne warunki pracy i eksploatacji konstrukcji nagrzewanych zmuszają do zmiany metody ich projektowania, wykonawstwa, pielęgnacji, montażu i eksploatacji (promocja 3 w 1).