Fa - ESTIEM Wiki...4 Fa részei kéreg – védelem háncs – tápanyagszállítás kambium – osztódó szövet szíjács – gyökér és lombkorona közti nedvkeringés geszt

1

ÉPÍTŐANYAGOK

Dr. Borosnyói Adorjánegyetemi docens

[email protected]

BME Építőmérnöki KarÉpítőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék

Tankönyv:Dr. Balázs György: Építőanyagok és kémia

Ajánlott honlapok:www.epito.bme.hu/eat/

www.betonopus.hu

2013. 04. 05.

Fa

2012/2013 tavasz BMEEOUV0103 Építőmérnöki alapismeretek – ÉPÍTŐANYAGOK – Dr. Borosnyói Adorján

2

Fa

A) Természetes építőanyag

B) Szerves építőanyag

C) Szilárd halmazállapotú építőanyag

D) Porózus építőanyag

E) Teherhordó szerkezeti elemek anyaga


Fa

1) Tömegeloszlási jellemzőktestsűrűség, ρT = 450-750 kg/m3

2) Hidrotechnikai jellemzőknagy vízfelvevő képesség

3) Hőtechnikai jellemzőkhővezetési tényező, λ = 0,2 - 0,4 W/mKhőtágulási együttható, αt = 3 - 5×10-6 1/°C

4) Szilárdsági jellemzőkNyomószilárdság, fc = 30 - 60 N/mm2

Húzószilárdság, ft = 80 - 180 N/mm2

Rugalmassági modulus, E = 0,5 - 1,2 kN/mm2


3

Fa

élőlény kitermelés/feldolgozás építőanyag

Fa összetétele:

sejtfalakcellulóz 40-60%lignin 20-30%

kísérő anyagok (gyanták, csersav, keményítő)

víz (fanedv) 30-150 m% w = = mvíz mw – md

md md


Fa sejtszerkezete

micellák rácsrendszer anizotrópia és nagy vízfelvevő képesség


4

Fa részei

kéreg – védelem

háncs – tápanyagszállítás

kambium – osztódó szövet

szíjács – gyökér és lombkoronaközti nedvkeringés

geszt – életműködést nem végez merevítő hatás

bél – tápanyagtárolás


Faanyagok csoportosítása

1)Tűlevelű fák

gyantás fenyők (luc, erdei, fekete, vörös)gyantamentes fenyők (jegenye)

Lombos fák

2)Puhafák

nyár, fenyőfélékKeményfák

tölgy, bükk, akác


5

Anizotrópia

Rostokkal párhuzamos irányRostokra merőleges irány

„makrokompozit”


Anizotrópia„mikrokompozit”

(Domone, Illston, 2010)


6

Anizotrópia

„nanokompozit”



30-50 nm

10-30 nm

Faanyagok vízfelvétele

légszáraz állapot, 12% nettó víztartalom


7


légszáraz állapot, 12% nettó víztartalom



1. Abszolút száraz állapot, w = 0105°C

2. Túlszárított állapot, w = 0-6 m%3. Szobaszáraz állapot, w = 6-12 m%

45 RH%, fűtött4. Légszáraz állapot, w = 12-18 m%

65 RH%, 20°C5. Félszáraz állapot, w = 18-30 m%6. Rosttelített állapot, w = 30-40 m%

100 RH%, 20°C7. Félnedves állapot, w = 30-50 m%8. Élőnedves állapot, w > 50 m%9. Víztelített állapot, w > 50 m%


8

Duzzadás és zsugorodás


Fűrészáru elnevezések


9

Nedvességtartalom hatása a szilárdságra


Anizotrópia


10

Anizotrópia

T

n

L

n sincos

1)(

n = 5/2


Fahibák


11

Fahibák

benőtt ággöcs

kieső ággöcs

ferdén nőtt ággöcs szárnyas ággöcs


Fahibák

csavarodott növéshullámos növés

excentrikus növés


12

Fahibák

bélrepedés gyűrűs repedés sugárirányú repedés


Nemesített fatermékek

Nemesítés: anizotrópia és vízfelvétel befolyásolása

- rétegelt lemezek és bútorlapok- préselt fatermékek- impregnált fatermékek- ragasztott fatartók- felületkezelések- fahelyettesítő anyagok

(faforgácslapok, farostlemezek, fagyapot lemezek)


13


rétegelt lemez

bútorlap



Rétegelt lemez készítése


14


Impregnált fatermékek Ragasztott fatartók


Fahelyettesítő anyagok

Faforgácslap Fagyapotlemez


15

Fa károsítói

rovarok

gombák


Fa károsítói

gombák életfeltételei

1. fa nedvességtartalma (w = 16-24 m%)

2. oxigén

3. környezet hőmérsékletealacsony (T < 24°C)közepes (T = 24-32°C)meleg (T = 32-44°C)

4. fény (UV)

5. táptalaj kémhatása


16

Intermezzo

penészgomba az emberi vérben

(fotók: Dr. Robert O. Young)


Faanyagvédelem


17

Faanyagvédelem


Faanyagok tartóssága


18

Kerámia


Vályogtéglavetés az ókori Egyiptomban


19

Építési kerámiák

Istár oroszlánja és sárkánya, Babilon, kr. e. 6. sz., színes mázas tégla


20


A) Mesterséges építőanyag

B) Szervetlen építőanyag


D) Porózus építőanyag

E) Teherhordó szerkezeti elemek anyaga



1) Tömegeloszlási jellemzőktestsűrűség, ρT = 650-2100 kg/m3

2) Hidrotechnikai jellemzőkvízáteresztő/vízzáró, lehet fagyálló



Húzószilárdság, ft = 1,0 - 3,0 N/mm2

Rugalmassági modulus, E = 0,1 - 0,5 kN/mm2


21


Alapanyaguk: agyag

Gyártástechnológia:nyersanyag előkészítése és formázásaszárításégetés 800-1500°C-onmázazás



Agyagásványokkaolinit

montmorillonit

illit


22


nyersanyag előkészítése és formázása

Száraz agyag

Nedves agyag(térfogatnövekedés)

vízmolekula

agyagásvány rétegek




23



Hőm

érsé

klet

, °C

szárítás előmelegítés égetés hűtés 1. hűtés 2.

mozgásirány

forró gázok

forró gázok



24


Égetési hőmérséklet hatása a szövetszerkezetre


(Johari et al, 2010)


Égetési hőmérséklet hatása a tulajdonságokra

Szövetszerkezet:porózus szövetszerkezetű gyártmányokzsugorított gyártmányok (pl. klinkertégla)


25




Porózus kerámia gyártmányok

falazóelemekhagyományos termékek

vázkerámiák


26



födémelemek




burkolóelemek

tetőcserepekhódfarkúhornyoltsajtolt


27




(Morozov, 1973)


28


(Gömze, Kocserha, Stark, 2003)


Üveg


29

Építészeti üveg


B) Szervetlen építőanyag


D) Tömör építőanyag

E) Nem teherhordó szerkezeti elemek anyagaTeherhordó szerkezeti elemek anyaga is lehet


Építészeti üveg

1) Tömegeloszlási jellemzőksűrűség, ρT = 2200-2500 kg/m3

2) Hidrotechnikai jellemzőkvízhatlan, fagyálló



Húzószilárdság, ft = 2000 - 4500 N/mm2 (szál)Rugalmassági modulus, E = 60 - 80 kN/mm2


30

Építészeti üveg

Legfontosabb alapanyaga: SiO2

további alkotó fémoxidok:

Na2O

K2O

CaO

MgO

B2O3

Al2O3

ZrO

10 - 15%

1 - 5 %

10 - 20%

4 - 5 %

<10%

<15%


Építészeti üveg


31

Építészeti üveg


Üveg a természetben

Moldávit

Obszidián


32

Építészeti üveg

Formázás:

üveghúzássíküvegek, üvegszálak

hengerlésmintás és huzalbetétes üvegek

sajtolásüvegtéglák,üveg födémtestek

habosításhabüveg


Építészeti üveg



33

Építészeti üveg

Utólagos megmunkálás:

edzés



Építészeti üveg


edzés


34

Építészeti üveg


edzésbiztonsági üvegek


Építészeti üveg


ragasztástűzgátló üvegek

üveg

üveg

műgyanta


35

Építészeti üveg


hajlítás


Szálátmérő hatása üvegszál húzószilárdságára

(Piggott, 1980)


36

Kristályhibák


Polimerek


37

Polimerek


B) Szerves építőanyag


D) Tömör építőanyagPorózus építőanyag

E) Nem teherhordó szerkezeti elemek anyagaTeherhordó szerkezeti elemek anyaga is lehet


Polimerek

1) Tömegeloszlási jellemzőksűrűség, ρT = 800-1300 kg/m3

2) Hidrotechnikai jellemzőkvízhatlan, fagyálló



Húzószilárdság, ft = 20 - 2500 N/mm2 (szál)Rugalmassági modulus, E = 0,5 - 6,0 kN/mm2


38

Polimerek

Makromolekulájú, elsősorban szintetikus vegyületek, amelyek

nagy számú, azonos típusúatomcsoportból (monomer) épülnek fel, amelyek kémiai

kötéssel kapcsolódnak egymáshoz


Polimerek

Makromolekulák kialakítása

polimerizáció

polikondenzáció

poliaddíció


39

Polimerizációs polimerek az építőiparban

1. Poli-vinil-klorid (PVC)

2. Polisztirol (PS)

3. Poli-metil-metakrilát (PMMA, plexi)

4. Polietilén (PE)

5. Polipropilén (PP)

6. Poli-izobutilén (PIB, műgumi)

7. Poli-tetrafluor-etilén (PTFE, teflon)

8. Polikloroprén (PK, neoprén)

9. Poli-vinil-acetát (PVAC)


Polikondenzációs polimerek az építőiparban

1. Poliésztergyanták

2. Fenoplasztok (fenol-aldehid gyanták)

3. Aminoplasztok (karbamid- és melamin-gyanták)

4. Furángyanták

5. Szilikongyanták (polisziloxánok)

6. Polikarbonátok

7. Poliamidok (PA)


40

Poliaddíciós polimerek az építőiparban

1. Poliuretánok (PUR)

2. Epoxigyanták (EP)


Polimerek felhasználása az építőiparban

Vezetékek, csövek:

Vízszigetelő fóliák, lemezek:

Hő- és hangszigetelő habok:

Tömítések, hézagzárók:

Öntött ipari padlók:

Ragasztók, kötőanyagok:

Szálak:

Profilelemek, nyílászárók:

PE, PP, PVC

PVC, PIB

PS, PUR

PVC, teflon, neoprén, szilikon

epoxi-, PUR-gyanták

PVAC, feno- és aminoplasztok,

poliészter-, epoxi-, PUR-gyanták

PP, PVAC, PAN, poliamidok

PVC, plexi, polikarbonát


41

Polimerek előnyei

Kis sűrűségűek

Mechanikai jellemzőik tág határok közt változnak

Elektromos szigetelők

Vegyszerállók

Könnyen megmunkálhatók

Színezhetők

Hő- és hangszigetelő anyag készíthető belőlük


Polimerek hátrányai

Rugalmassági modulusuk kicsi

Hőtágulásuk rendszerint nagy

Anyagjellemzőik hőmérséklet-érzékenyek

Tűzzel szembeni viselkedésük kedvezőtlen

Hajlamosak öregedésre

Lassan bomlanak le (környezetvédelem)


42

Csoportosítás hővel szembeni viselkedés alapján:

hőre lágyuló polimerek (termoplasztok)PSPVCPEPPpolikarbonát

hőre keményedő polimerek (duroplasztok)EPfenoplasztokaminoplasztokpoliésztergyanták

Polimerek


Polimerek

Formázás:

fröccsöntés (termoplasztok)extrudáláskalanderezés (lemez- és fóliahengerlés)szálképzés

sajtolás (duroplasztok)töltet

nyomás

nyomás

alsó szerszám

fölső szerszám


43

Polimerek szilárdsága


Polimerek öregedése

hőmérsékletvízfény (UV)


44

Polimerek éghetősége

1. égő (éghető)2. önkioltó3. nem égő

- mérgezőégéstermékek

- füst

- korom


Polimerek éghetősége

csepegve égés

füstképződés


45

Szigetelő anyagok


Hőszigetelő anyagok

nyílászáró

födémszigetelés tetőszigetelés

külső oldali falszigetelés

belső oldali falszigetelés

pincefödémpincefal


46


napközben éjszaka

külső hőmérséklet

belső hőmérséklet

6-8°C különbség

Téglafalazat jellegzetes hőtehetetlenségi fáziseltolódása




hőszigetelés előtt

hőszigetelés után

47

Hőszigetelő anyagokHőszigetelő anyagok - HőhídFotó: Gressa Kitti


Hőszigetelő anyagok csoportosítása a felhasználás hőmérséklet-tartománya szerint

- építészeti hőm. tartomány: -20 °C … +70°C

- melegipari hőm. tartomány: max. 900°Cüveggyapot 450 °C-ig; kőzetgyapot 700 °C-ig

- félig tűzálló: 1100 °C-ig;könnyű samott

- tűzálló: 1400 °C-igkönnyű samott, kerámia szálak

- hűtőházak: <-30 °Czárt pórusú műanyag hab, habüveg


48



Szervetlen hőszigetelő anyagok

üveggyapot kőzetgyapot

habüveg duzzasztott perlit


49

Mesterséges szerves hőszigetelő anyagok

expandált polisztirol extrudált polisztirol

infravörös elnyelő polisztirol expandált poliuretán


parafa növényi rostok

pamut szál cellulóz szál

Természetes szerves hőszigetelő anyagok


50


Hővezetési tényező:az a hőmennyiség Joule-ban, ami

1 m2 felületű,1 m vastag anyagon,1 óra alatt

átvezetődik állandósult hőáramban.




51

Hőszigetelő anyagok csoportosítása felhasználás szerint

- feltöltő vagy kitöltő anyag:szemcsés, szálas ömlesztve vagy zsákolva

- hőszigetelő habarcs:kötőanyag + hőszigetelő anyag, egy vagy több rétegbenpl.: perlithabarcs

- hőszigetelő idomok:(kötőanyag)+hőszigetelő anyag hőkezeléssel pl.: burkolóelemek, tégla

- hőszigetelő lemez:kötőanyag+hőszigetelő anyag, sajtolva vagypórusképzőkből előállított hőszigetelés sík felületekre

- hőszigetelő paplan:papíralátét+szálas hőszigetelő anyag, tekercsben


Hideg és meleg tapintású anyagok


52

Fajlagos hőelnyelési tényező

c

hővezetési tényező [W/m·K]c fajhő [kJ/kg·K] sűrűség [kg/m3]

[kJ/m2·s0,5·K]

AlumíniumAcélBetonTéglaFaPolisztirol hab

15,414,51,81,10,50,03


Hőátadás épületszerkezeteken

–15°C +20°C


53

Hőfokesés építőanyagokban

Tényleges hőátbocsátási tényező: [W/m2·K]

ie

1d11

k


Hőfokesés falazatokban

Tényleges hőátbocsátási tényező: [W/m2·K]46,0

1,81

55,112,0

042,008,0

55,105,0

3,231

1k


54


7 7

7

5

4

6

7

1

4

3

Vízszigetelő anyagok

1) talajpára2) talajnedvesség3) talajvíz4) használati víz5) páralecsapódás6) csapóeső7) csapadék

2


Bitumenes rendszerek


55


Műanyag rendszerek


Hőfokesés és páranyomás falazatokban

hőfokesésps telítési páranyomáspr tényleges páranyomáspe kültéri páranyomáspi beltéri páranyomás


56

Hőfokesés és páranyomás falazatokban


Speciális építőanyagok

Szálerősítésűműanyagok

Speciális betonok


57

Speciális betonok

Olyan betonok, amelyek összetételükben, valamely tulajdonságukban, vagy bedolgozási módjukban eltérnek a normál (szokványos) betonoktól.

Normál (szokványos) beton:

Homokos kavics vagy zúzottkő adalékanyaggal készülőcementkötésű mesterséges kő, amelynek testűrűsége2000-2600 kg/m3 közötti, nyomószilárdsága nem haladjameg az 50 (80) N/mm2-t.


1. Testsűrűség szerintKönnyűbetonok T < 2000 kg/m3

Nehézbetonok T > 2600 kg/m3

2. Összetétel szerintMűanyagszál-adagolású betonokAcélszál-adagolású betonok

3. Szilárdság szerintNagyszilárdságú betonok fcm > 50 (80) N/mm2

Ultra nagyszilárdságú betonok fcm > 120 N/mm2

Speciális betonok


58

Speciális betonok

4. Kötőanyag szerintPolimer-cement betonokPolimerbetonokAktivált pernye (geopolimer) betonokBiocement betonokAszfaltok

5. Frissbeton teljesítőképessége szerintGyorsan kötő/szilárduló betonokLassan kötő/szilárduló betonokÖntömörödő betonok


Speciális betonok

6. Megszilárdult beton teljesítőképessége szerintVízzáró betonokFagyálló betonokKopásálló betonokSzulfátálló betonokHő- és tűzálló betonokSugárvédő betonok

7. Funkció szerintLátszóbetonokIpari padló betonokÚtbetonokTérburkolatok


59

Speciális betonok

8. Előállítási mód szerintGőzérlelt betonokAutoklávolt betonokImpregnált betonokPörgetett betonokLövellt (torkrét) betonokVákuumbetonokPrepakt és kolkrét betonokÚsztatott betonokRésfal- és víz alatti betonok


Zsalumintás látszóbeton


60

Fehér látszóbeton


Pigmenttel színezett látszóbeton


61

Transzparens (LiTraCon) látszóbeton

Losonczi Losonczi ÁÁron, ron, ééppííttéészmszméérnrnöök (2001)k (2001)


Szálerősítésű polimerek

Szálerősítésű polimer:FRP = Fibre Reinforced Polymer

FOGALMAK ÉS JELÖLÉSEK

Üvegszálerősítésű polimer:GFRP = Glass Fibre Reinforced Polymer

Aramidszálerősítésű polimer:AFRP = Aramid Fibre Reinforced Polymer

Szénszálerősítésű polimer:CFRP = Carbon Fibre Reinforced Polymer


62


0

1000

2000

3000

0 1 2 3 (%)

(N/mm2)

CFRPCFRP

AFRP

GFRP

feszítőacél

betonacél

kis térfogatsúly + rendkívül nagy húzószilárdság



Acélbetétek helyettesítésére


63

Szálerősítésű polimerekSzerkezetek megerősítéséhez


Szerkezetépítéshez


64

Minőségbiztosítás az építőiparban

Építőipar célja: rendelkezésre álló anyagokból termék létrehozása

Építőipari termék sajátosságai:- az építmények mérete és értéke általában messze meghaladjaa köznapi tárgyakét

- hosszabb távra tervezzük őket

MillauMillau BridgeBridge -- FranceFranceMillauMillau BridgeBridge -- FranceFrance

Pyramid of Djoser - EgyptPyramid of Djoser - Egypt


- bonyolult, összetett alkotások,egyetlen paraméterrel nemjellemezhetők

- közvetlen vagy közvetett kapcsolatbanvannak az élet-és vagyonbiztonsággal

- sokszereplős tevékenyégeredményei

Pompidou Center - ParisPompidou Center - Paris


65


Minőség:egy termék azon jellemzőinek összessége,

amelyek mértéke alapján a felmerülő igények kielégítésére megállapodások köthetők

vevőigény, elképzelés

építőipar szereplőiigény kielégítői

MEGÁLLAPODÁS



Legalacsonyabb szintűa munkafolyamatot végzőszemély által gyakorolt kontrolla saját munkavégzése fölött

Legalacsonyabb rendű„felelősségvállalás” külsőkényszer hatására

Legmagasabb szintűszabványok,jogi eszközök

Legmagasabb rendűönkéntes, belső indíttatásból származó felelősségvállalás


66





Hammurapi törvényei, Kr.e. ~1750

67



Hammurapi törvényei, Kr.e. ~1750

228.§. Ha egy építőmester egy szabad embernek házat építvén, azt befejezte: a ház minden musarumnyi területéért 2 siqlum ezüstöt adjon neki juttatásául.

229.§. Ha egy építőmester egy szabad embernek házat épített, de munkáját nem készítette el szilárdul, úgy, hogy a ház, amelyet épített, összedőlt, s a ház gazdáját megölte: az illető építőmester ölessék meg.

230.§. Ha a ház gazdájának fiát ölte meg: az illető építőmester fiát öljék meg.

231.§. Ha a ház gazdájának rabszolgáját ölte meg: a rabszolgának megfelelő rabszolgát adjon a ház gazdájának.

232.§. Ha vagyont tett tönkre: mindazt, amit csak tönkretett, térítse meg s ezenfelül, mert a házat, amelyet épített, nem készítette szilárdra, úgy, hogy az összedőlt, tulajdon vagyonából építse fel az összedőlt házat.

233.§. Ha egy építőmester egy szabad embernek házat építvén, munkáját nem végezte rendesen, úgy, hogy egy fal bedőlt: az illető építőmester ezt a falat saját pénzéből építse szilárdra.


Építőipari termék mérhető jellemzői:Pl:

- élettartam- teherbírás- állékonyság- ellenállás fizikai, kémiai ill. biológiai hatásoknak- tűzbiztonság- üzembiztonság- zajvédelem- egészségvédelem- környezetvédelem- energiatakarékosság

Hogyan biztosíthatjuk az igények teljesülését?

Minőségellenőrzés


68


Minőségellenőrzés:Az elvárt, elképzelt állapot összehasonlítása a ténylegesen megvalósult, vagy megvalósítható állapottal.



Minőségellenőrzés lépései

1) Az adott anyagnál fontosnak ítélt anyagjellemző kiválasztása.

2) Szemrevételezés.

3) Próbavétel.

3.1 Tétel kijelölése.Tétel: azonos eljárással készített, azonos rendeletetésűtermék halmaza, amely szemrevételezéssel egynemű.

3.2 Tételenként elegendően nagy számú próbatest vétele, véletlen jellegűen.


69


Minőségellenőrzés lépései

4) Anyagvizsgálat: az anyagjellemző megmérése.

5) A mérési eredmények alapján a jellemző érték megkeresése,amelyet a követelmény értékkel összehasonlítunk (MINŐSÍTÉS).

Rjell >?< Rköv

Jellemző értéket nagyszámú mérés eredményeként kapunk meg.Nagy mennyiségű adat fel dolgozásával és interpretációjával amatematikai statisztika a matematika egyik területe foglalkozik.

Követelmény értékeket szabványok, szerződések, műszaki adatlapok, vagy egyéb megállapodások rögzítik.


Példa: Beton minősítése nyomószilárdsága alapján

Az egyes vizsgálati eredmények a valószínűségi változó (nyomószilárdság)tapasztalati egyedi értékei: x1 , x2 …xnPl.: 18 db beton nyomószilárdsági eredmény fci (N/mm2), i = 1…18

Nagyobb számú adat esetén (n>50) osztályba sorolást végzünk, azaz a mérési eredmények tartományát legalább 10 db egyenlő szélességű osztályba osztjuk.

Ezután minden mérési eredményt besorolunk a megfelelő tartományba,és megszámoljuk, hogy hány db érték került egy-egy tartományba.

46,5464442,54241,540,54039,8

39,539,238,53837,837,53635,534


70

46,5464442,54241,540,54039,8

39,539,238,53837,837,53635,534

45 – 47

43 – 45

41 – 43

39 – 41

37 – 39

35 – 37

33 – 35

Tartomány gyakoriság, ni, db1

2

4

5

3

1

2


Gyakoriság:A vizsgált összes mérési eredményből az azonos mérési eredményekdarabszáma.Jele: ni [db]

Relatív gyakoriság:

A relatív gyakoriságok összege

n

nf ii

k

1i

i 1f


71

=

245 – 47

143 – 45

341 – 43

539 – 41

437 – 39

235 – 37

133 – 35

Relatív gyakoriság, fi, [-]

Gyakoriság, ni, [db]

Tartomány

A további feldolgozás során az egyes osztályok középértékét tekintjük mérési eredménynek.

A gyakoriságok szemléletesen ábrázolhatók a gyakorisági hisztogramban:

0,06

0,11

0,22

0,28

0,16

0,06

0,11

1,00


Gyakorisági hisztogram (gyakoriságok ábrázolása)

Abszcissza: egy valószínűségi változó (xi) osztályhatárokkal (esetünkben: beton nyomószilárdsága)

Ordináta: osztálygyakoriság (ni) ill. relatív gyakoriság (fi) oszlopdiagramban

1

2

4

3

1

2

5

0

1

2

3

4

5

34 36 38 40 42 44 46

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

xi

fini

72

Empirikus eloszlás függvény: összegzett relatív gyakoriság.Egy ordinátáját megkapjuk, ha a relatív gyakorisági hisztogramon balról jobbra haladva összegezzük a relatív gyakoriságoknak megfelelő oszlopokat.

i-edik ordináta:

i

1i

ii fF

1,00 =

0,11245 – 47

0,06143 – 45

0,16341 – 43

0,28539 – 41

0,22437 – 39

0,11235 – 37

0,06133 – 35

Összegzett relatív gyakoriság, Fi, [-]

Relatív gyakoriság, fi, [-]

Gyakoriság, ni, [db]

Tartomány

0,06

0,17

0,39

0,67

0,83

0,89

1,00


Empirikus eloszlás függvény:Megmutatja, hogy mekkora a valószínűsége annak, hogy a mérési eredménykisebb az i-edik osztályközépnél.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

34 36 38 40 42 44 46

Fi

xi

73

Eloszlásjellemzők: hisztogramok számszerű jellemzésére szolgálnak

1) Helyzeti statisztikai jellemzők: megmutatják, hogy az eredmények milyenérték körül ingadoznak.

- Számtani középérték:

A relatív gyakoriságok ismeretében:

- Kvantilis: a valószínűségi változó olyan értékei, amelyekelőírt alulmaradási valószínűséghez tartoznak.

Pl.: az 5%-os kvantilis az a mérési eredmény, amelynél kisebbek 5%-ban, nagyobbak 95%-ban fordulnak elő. az 50%-os kvantilis ≡ várható érték (normális eloszlás esetében a

számtani középérték)

n

ni

im xn

1x

1

k

1i

im fxx

példánkban: fcm = 39,93 N/mm2


2) Szórásjellemzők- Terjedelem: a mintában előforduló legnagyobb és legkisebb érték

közötti eltérés.

példánkban: R = 46,5 – 34 = 12,5 N/mm2

- Szórás: azt mutatja, hogy a mérési eredmények milyen mértékbentérnek el az átlagértéktől (várható értéktől).

- Korrigált szórás: a minta szórásának torzítatlan becslése.A matematikailag levezetett szórás nem egyezik meg az empirikus szórással.

példánkban: s = 3,41 N/mm2

1n xxR

n

xx

s

n

1i

2mi

x

1n

xx

s

n

1i

2mi

x


74

Nagy mintaszám a gyakorisági és eloszlási hisztogramok közelíthetők függvényekkel sűrűség- és eloszlásfüggvény

A sűrűség- és eloszlásfüggvényt folytonos eloszlásúnak nevezzük, ha egy intervallumon belül a valószínűségi változó minden értéket felvehet.

Az eloszlásfüggvényből F(x) a sűrűségfüggvény f(x) deriválással előállítható:

dx

xdFxf


Az építőanyagok minősítéséhez a normális eloszlást használjuk(szimmetrikus).Az F(x) eloszlásfüggvény x helyen vett értéke megmutatja,hogy mekkora az x-nél kisebb érték előfordulásának valószínűsége.

A normális eloszlás sűrűségfüggvénye, f(x) a Gauss-haranggörbe.

xm-3σ xm-3σ xm-3σ xm xm-3σ xm-3σ xm-3σxm-3σ xm-3σ xm-3σ xm xm-3σ xm-3σ xm-3σ


1

σ

xm+σ xm+2σ xm+3σxm-3σ xm-2σ xm-σ

xm+σ xm+2σ xm+3σxm-3σ xm-2σ xm-σ


75

MINŐSÍTÉS

Amikor az anyaggal szemben követelményeket támasztunk, akkor azok nem abszolút jellegűek, hanem bizonyos mértékű kockázatot kell vállalni, ennek mértéke előre meghatározható.

Pl: Megengedjük, hogy egy adott betonkocka halmaz 5%-ának szilárdsága kisebb legyen egy karakterisztikus értéknél.

Ha ismerjük az adott anyagjellemző eloszlásfüggvényét (normális), akkor azon megkereshetjük ezt az értéket: F(x)=0,05.


Megállapítjuk, hogy a várható érték(középérték: xm) és x0,05 közötti különbség hányszorosa a szórásnak (s).

Ezzel a szorzóval (t) a karakterisztikusérték definíciója:

Tehát a középértékből (xm) annyiszor (t)kell levonni a szórást (s), hogya kockázat éppen a tervezett legyen.

t: Student-tényezőÉrtéke a következőktől függ:- minta darabszáma- eloszlás típusa- alulmaradási valószínűség

stxx mk



X0,05

σ?×σ

0,05

X0,05


76

Példánkban: fck = fcm – t·s = 39,93 – 1,72·3,41 = 34,07 N/mm2

A nyomószilárdság vizsgálatokat szabványos kocka (150 mm) próbatesteken végeztük, így:


Speciális hőmérsékleti igénybevételek

Tűzhatás Fagyás és olvadás


77


σ

ε

Acél



Acél

fu, fy (MPa)

fu

fy

A5d

A5d


78




födém

pillérpillér

hőtáguláshőtágulás

teherteher


79





20°C

20°C

50°C

500°C

lokális betonleválás

30 perc

80



120 perc

60 perc

70°C

700°C

900°C

100°C

hidegebb felület

forró felület

acélbetét kihajlásarepedés

támaszelmozdulás

Esettanulmányok


81

Esettanulmányok

World Trade Center (É torony), New York, 1975. 02. 13.

First Interstate Bank, Los Angeles, 1988. 05. 04.

One Meridian Plaza, Los Angeles, 1991. 02. 23.

Parque Central East Tower, Caracas, 2004. 10. 17.

Windsor Tower, Madrid, 2005. 02. 12.

World Trade Center (É torony), New York, 2001. 09. 11.World Trade Center (D torony), New York, 2001. 09. 11.


Adatbázis


http://wtcdata.nist.gov/

82

Vizsgálati jelentések


11 423 oldal 1101 oldal

2005 2008

A szerkezet

építés közben


83

A szerkezet

építés közben


84



85


Bazant, Zhou, ASCE J. Eng. Mech, 2002

Seffen (Univ. of Cambridge)

Bazant et al, ASCE J. Eng. Mech, 2008

Magyarázó (?) elméletek


86



87

Fagyás és olvadás hatásai

BetonTégla

Kő




88

Beton felfagyásának mechanizmusa


T, jég = 50×10-6 1/°C

T,beton = 8…13×10-6 1/°C



Fagyás és olvadás hatásaiBeton felfagyásának mechanizmusa

89


KORRÓZIÓcorrodere: szétrágni → leromlani

Valamely anyag felületéről a környezet hatására meginduló elváltozás,amely kémiai, fizikai-kémiai, biokémiai vagy mechanikai folyamatok révén megy végbe.Eredményként az anyag fokozatosan elfogy,vagy a környezet valamelyik komponense oldódik be az anyagba.

1. Fémkorrózió

2. Betonkorrózió

3. Kőkorrózió

4. Üvegkorrózió

5. Műanyagkorrózió

6. Fakorrózió

Korrózió

A fémek legtöbbjénél a fémes rácsenergia nagyobb, mint az oxidok, hidroxidok, sók és egyéb korróziótermék vegyületek kötésenergiája.

Ezért a fémkorrózió a természetben önmagától végbemenőfolyamat, amelynek során a fémek visszaalakulnak olyan, termodinamikailag stabilabb vegyületekké, mint amilyenekből energia befektetéssel előállítottuk őket.

A fémek korróziója folyamán megszűnik a fémes állapot.

Fémkorrózió:


90

Korrózió

Fémkorróziót befolyásoló tényezők:


1) Fém normálpotenciálja

2) Elektrolit hidrogénion-koncentrációja (pH)

3) Levegő minősége

Korrózió

Fémkorrózió:


Fémek normálpotenciálja

- Az oldatban lévő fémionok egységnyiaktivitásához tartozó potenciál.

- A fémek redukálóképessége(elektront átadó képessége) oldatban.

Oldódásra hajlamos fémek (-):alkáli fémek

Oldódásra nem hajlamos fémek (+):nemesfémek

-0,76Zn Zn++

-0,13Pb Pb++

-1,67Aℓ Aℓ+++

-0,56Cr Cr++

0H2 2H+

+0,34Cu Cu++

-0,44Fe Fe++

-0,23Ni Ni++

+0,80Ag Ag+

Normál-potenciál, V

Fém típusa

+1,68Au Au+

-2,34Mg Mg++

-2,87Ca Ca++

91

Korrózió

Fémkorrózió:


Pl. Különböző fémek érintkezésekor, elektrolit jelenlétébena negatívabb potenciálú (anód) megy tönkre.

+0,34Cu Cu++

0H2 2H+

-0,13 Pb Pb++

-0,23Ni Ni++

-0,44Fe Fe++

Korrózió

Fémkorrózió típusai:

1. Kémiai korrózió

A fém nem vezetőképes környezetben van(száraz gázok, nem vezetőképes folyadékok).

A fémion és elektronkilépés azonos helyen történik meg (< 0,4 nm) pl. acél reve, Al2O3.


92

Korrózió

Fémkorrózió típusai:

2. Elektrokémiai korrózió

A fém vezetőképes környezetben (elektrolitban) van (nedves légkör v. szilárd közeg, víz).

A fémion és elektronkilépés egymástól elkülönült helyen történik meg (> 0,4 nm).

A fémionok kilépési helyét anódos-, az elektronok kilépési helyét katódos résznek nevezzük.

Az elektronkilépés miatt az anódos és katódos hely között potenciálkülönbség van.


Korrózió

Fémkorrózió:


- A korrózió nem szüntethető meg, csak késleltethető.

- Korrózióálló a fém, ha a korrózió egyenletes jellegű, éssebessége nem haladja meg a 0,1 mm/év határértéket.

- A megelőzés célja a korrózió okainak megszüntetésevagy

gyengítése.

AKTÍVés

PASSZÍV védelem

93

Korrózió


Aktív korrózióvédelem

1. Rozsdamentes acél- normál légköri viszonyok 12-15% Cr + 1-2% Ni ötvözés- gyengén savas közegben 20% Cr + 10% Ni ötvözés- erősen savas közegben 20% Cr + 40% Ni ötvözés

2. A korróziót okozó hatóanyag eltávolítása

3. Korrózió lassítása inhibitorokkal- fizikai inhibitorok: a védendő felületen adszorbeálódó anyagok- kémiai inhibitorok: reakcióba lépnek a fémmel, vagy a

korróziós közeggel.A legfontosabb inhibitor a beton.

Korrózió

Acél – H2O rendszer Pourbaix diagramja

korrózió


94

Korrózió

ismétlés kémiából: a pH érték fogalma

pH = – log10(H3O+)

pH = – log10(H+)

0,0000000000000114

0,000000000000113

0,00000000000112

0,0000000000111

0,000000000110

0,0000000019

0,000000018

0,00000017

0,0000016

0,000015

0,00014

0,0013

0,012

0,11


Korrózió


Passzív korrózióvédelem

1. Fémes bevonatok (Katódos védelem)

A bevonófém normálpotenciálja negatívabb (oldékonyabb) legyen,mint a bevonandó fém. A bevonófém legyen az anód.1.1 Galvanizálás: fémek elektrolitikus leválasztása fémsóoldatból a

katódnak kapcsolt bevonandó fém bevonása céljából(bevonófém: horgany, réz, króm).

1.2 Diffúziós eljárás: a bevonandó fémet a bevonófém oxidmentesporába ágyazzák, majd felhevítik.

1.3 Tűzihorganyzás: a bevonandó fémet horgany olvadékába mártják.

1.4 Fémszórásos eljárás: a megolvasztott bevonófémet finom szemcsékre porlasztva, nagy sebességgel juttatják a bevonandófém felületére.

95

Korrózió


Passzív korrózióvédelem

2. Nemémes bevonatok (Katódos védelem)

2.1 Lúgos oldatban (NaOH) oxidálás

2.2 Foszfátfürdő

2.3 Eloxálás: elektromos áram segítségével erős savban (kénsav)megkeményítik és megvastagítják az oxidréteget (porózus), tömítő fürdő

2.4 Zománcozás: üvegréteget olvasztanak a bevonandó fémre

2.5 Festékek, lakkok

Civilizáció = Beton/Vasbeton


96

A tönkremenetel formulái

Mechanikai hatásokSzilárdság → TeherbírásKopásállóság

VíztranszportZsugorodásVízzáróság

Fizikai és kémiai folyamatokFagyállóság/SózásállóságBetonkorrózió/Acélkorrózió

Használhatóság

Tartósság


Korrózió

Betonkorrózió:

A-típusú korróziókilúgozási korrózió (deszt. víz, lágy víz, esővíz)cserebomlási korrózió (magnéziumion, ammóniumion)

B-típusú korróziósavkorrózió

(H2CO3, H2SO4, HCl, HNO3, ecetsav, tejsav)lúgkorrózió

(tömény NaOH – ammónium-hidroxid nem veszélyes)


97

Korrózió

C-típusú korróziótérfogat növekedést okozó kémiai reakciók

szulfátion – cementbacilusalkáli (Na, K) oxidok – ASR

térfogat növekedést okozó kristályosodásfagyási-olvadási korrózió, felületi lehámlásfagylágyulástömegveszteség

D-típusú korróziószerves olajok, zsírok (Ca(OH)2-dal elszappanosodás)ásványi olajok (tapadás csökkenése vagy sóképződés)

Betonkorrózió:


Korrózió

Fizikai hatásokvízlágyulásfagylágyulástűzhatás – lepattogzás

Kémiai hatásokkilúgozási korróziókérgesedés, kivirágzás (gipszképződés; CO2 SO2)felületi elszíneződés

Biológiai hatásokbaktériumok, algák, moszatok (savtermelés)növényi gyökerek

Kőkorrózió:


98

KorrózióÜvegkorrózió:


Felületvédelem anyagai

Fémek Porózus anyagok felületvédelme felületvédelme

Festékek- pigment- kötőanyag- hígító- egyéb

Impregnálás (v < 50 m)

Festés (v = 0,1 – 0,3 mm)

Bevonatokvékony (v = 0,3- 1 mm)vastag (v = 1-5 mm)pótlások (v > 5 mm)


99

Hidratáció során oltott mész szabadul fel:

cement + H2O → CSH + Ca(OH)2

Betonacélok korróziója

A probléma:

Hogyan lehetséges ez?


A probléma:

Hogyan lehetséges ez?

karbonátosodás

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

~12,5 pH ~8,5 pH



100

Karbonátosodás mélységének vizsgálata fenolftalein indikátorral



Karbonátosodás mélységének vizsgálata fenolftalein indikátorral

xc

pH < 9világosabb szürke

pH > 9sötétebb

szürke

szín átcsapáspH > 9



101



Karbonátosodás mélységének változása az idő függvényében

15

12

9

6

3

0

beton kora, év

0 5 10 15 20

karb

onát

osod

ás m

élys

ége,

mm

C12/15

C20/25

C30/37

C35/45

15

12

9

6

3

0

beton kora, év

0 5 10 15 20

karb

onát

osod

ás m

élys

ége,

mm

C12/15

C20/25

C30/37

C35/45



102

Acél – H2O rendszer Pourbaix diagramja

korrózió



Korróziós mechanizmus lokálelem képződéssel(Tuutti, 1982)



103

Lokálelem képződés és a beton repedései(Rehm et al, 1988)



A károsodás mechanizmusa

Nedvesség és oxigénbehatolása(betonon ésrepedéseken keresztül)

Beton

Betonacél

Korróziós termékekTérfogatnövekedésTovábbi repedésekKorrózió fokozódása

6-10-szeres!



104

A korróziós termékek térfogata





A környezet szén-dioxid koncentrációja

105

Betonpótlás

1

2

3

4


károsodott rész felületelőkészítés javítás

repe

dés

acél

korr

ózió

beto

nlev

álás

karb

onát

osod

ás

felt

áská

sodá

s

tapa

dóhí

dja

vító

anya

g

élké

pzés

inhi

bito

r

fém

tisz

tafe

lüle

t

porm

ente

s fe

lüle

t

aláv

ágás


Betonpótlás

106

A javítás stratégiája – Anyagok és módszerek

Milyen tulajdonságok szükségesek az igények

kielégítésére?

Milyen anyagok/módszerek biztosítják a szükséges

tulajdonságokat?

Anyagok és módszerek kiválasztása

Optimális költségOptimális működésOptimális kockázat

Optimális költségOptimális működésOptimális kockázat


A javítás stratégiája – Anyagok és módszerek

A felhasználó igénye a teljesítőképességre

Teherbírási követelmények

Használhatósági követelmények

Fizikai/kémiai hatásoknak való kitettség

A károsodások okainak pontos ismerete

Üzemi környezet a javítási műveletek során


107

Építőanyagok tartóssága

Építmények tartóssága:a szerkezeti biztonság és a használhatóság követel-ményeinek kielégítése a teljes használati élettartam alatt, a tervezett üzemeltetés és a szerkezetet érőtervezett hatások mellett, a tervezett fenntartási és javítási költségek meghaladása nélkül



A használati élettartam

tervezési értékei (évek)

Példák

10 Ideiglenes szerkezetek

10-25 Cserélhető szerkezeti részek

15-30 Mezőgazdasági építmények

50 Épületek

100 Kiemelt épületek, hidak ésmás építőmérnöki szerkezetek

Építmények használati élettartama:


108

Leromlás továbbterjedése

A leromlás elfogadható mértéke

Kor

Használati élettartam

Károsodás

Leromlás kezdete


Építmények használati élettartama:



Leromlásnak tekintjük azon időbeni folyamatokat, amelyek az anyagjellemzőket vagy a szerkezet egészének viselkedé-sét kedvezőtlenebbé teszik.

A leromlás kezdeti szakaszában az anyag- és a szerkezeti tulajdonságok észlelhető romlása nem következik be, de a környezeti hatások a védelmi rendszer egyes részeit lebontják.

A leromlás továbbterjedésének szakaszában tényleges leromlás következik be, és a használhatóság befolyásolása észlelhető.


109



(Sommerville, 1986)

Tel

jesí

tők

épes

ség

Elvárt használati élettartam

Teljesítőképesség minimuma

Gyenge tartósság

Jótartósság

Kiválótartósság


A leromlás elleni védekezés lehetséges módjai:

1. A leromlási folyamat késleltetésepl. méret megválasztása

2. A leromlási folyamat áthárításapl. katódos védelem

3. A leromlási folyamat kizárásapl. rozsdamentes acél


110

Tartósságra történő tervezés

Betonszerkezetek környezeti (kitéti) osztályai:

Betonacélra veszélyes:

XC1 – XC4 Karbonátosodás okozta korrózió

XS1 – XS3 Tengervízből származó klorid által okozott korrózió

XD1 – XD3 Nem a tengervízből származó kloridok által okozott korrózió

Betonra veszélyes:

XF1 – XF4 Fagyási/olvadási korrózió jégolvasztó anyaggal vagy anélkül

XA1 – XA3 Kémiai korrózió veszélye

XK1 – XK4 Koptatóhatás okozta károsodás

XV1 – XV3 Víznyomás hatása


Tartósságra történő tervezés

XC2

XC3

XC3

XC4 XS3

XC1

XS1

XS2

XD3, XF4, XK2XD1

XD2

XV

XA3, XC1

SO4

XF1

XA2, XC2, XF3

XF2

XK1

XC1

XK4

XC2

XC3

XV

XC1

XA1

XA2

XS1

XF1

XC2

XC3


Documents

Fa - ESTIEM Wiki...4 Fa részei kéreg – védelem háncs – tápanyagszállítás kambium – osztódó szövet szíjács – gyökér és lombkorona közti nedvkeringés geszt