BETONI - University of BelgradeBETONI–UVOD BETON JEVEŠTAČKI KAMENI MATERIJAL, DOBIJEN OČVRŠĆAVANJEM MEŠAVINE NEKOG VEZIVNOG MATERIJALA I AGREGATA. ZA RAZLIKU OD MALTERA, ZA

BETONI

Sadržaj■ 1. Uvod

■ 2. Materijali za izradu betona

■ 3. Određivanje sastava betona

■ 4. Svojstva svežeg betona

■ 5. Fizičko – mehanička svojstva očvrslog betona

■ 6. Reološka svojstva očvrslog betona

■ 7. Ispitivanja betona metodama bez razaranja

■ 8. Opšte osnove tehnologije betona

■ 9. Laki betoni

■ 10. Teški betoni

BETONI – UVOD

BETON – ČINJENICE :• vodeći konstrukcioni materijal u svetu,• 25 milijardi tona betona godišnje se ugradi,• preko 3.8 tona po stanovniku planete Zemlje,• 3.6 milijardi tona cementa,• 3.2 milijarde tona CO2 (5% do 7% od ukupne

emisije ugljendioksida u atmosferu), • oko 20 milijardi tona agregata,• hemijski + mineralni dodaci,• armatura (čelična, sintetička, mikro).

BETONI – UVOD

BETON JE VEŠTAČKI KAMENI MATERIJAL, DOBIJEN OČVRŠĆAVANJEM MEŠAVINE NEKOG VEZIVNOG MATERIJALA I AGREGATA.

■ ZA RAZLIKU OD MALTERA, ZA KOJE SE KORISTI SAMO SITAN AGREGAT, KOD BETONA NEMA OGRANIČENJA U POGLEDU GORNJE GRANICE KRUPNOĆE ZRNA AGREGATA.

■ KAO VEZIVNI MATERIJALI KORISTE SE RAZNA MINERALNA VEZIVA (CEMENT, KREČ, GIPS,), KAO I ORGANSKA VEZIVA (ASFALT, POLIMERI), TE SE MOŽE GOVORITI O KREČ-BETONU, GIPS-BETONU, CEMENT-BETONU, ASFALT-BETONU, POLIMER-BETONU.

BETONI – UVOD

■ ŠTO SE AGREGATA TIČE, KORISTE SE AGREGATI VRLO RAZLIČITOG POREKLA, PRIRODNI I VEŠTAČKI: PRIRODNI ŠLJUNAK I PESAK, DROBLJENI KRUPAN I SITAN AGREGAT, ZGURE, EKSPANDIRANA GLINA, STRUGOTINA OD DRVETA I DR.

■ MI ĆEMO SE U DALJEM OGRANIČITI SAMO NA BETONE KOD KOJIH JE VEZIVO CEMENT, KOJE BI FORMALNO POSMATRANO, TREBALO ZVATI “CEMENT-BETONI”. MEĐUTIM, U PRAKSI JE UOBIČAJENO DA SE BETONI NA BAZI CEMENTA ZOVU SAMO “BETONI”, PA ĆEMO SE I MI U DALJEM PRIDRŽAVATI TAKVOG STAVA.

BETONI – UVOD

■ KAO NEOPHODNA KOMPONENTA ZA BETONE KOD KOJIH SE KAO VEZIVA KORISTE MINERALNA (NEORGANSKA) VEZIVA, DAKLE I CEMENT, JAVLJA SE: VODA.

■ PORED AGREGATA, CEMENTA I VODE, U MEŠAVINI BETONA MOŽE DA BUDE PRISUTNA JOŠ JEDNA KOMPONENTA: HEMIJSKI I/ILI MINERALNI DODATAK (ADITIV).

■ MEŠAVINA KOMPONENTNIH MATERIJALA ZA SPRAVLJANJE BETONA, SVE DOK NE OČVRSNE, NAZIVA SE “SVEŽ BETON” ILI “BETONSKA SMEŠA”.

BETONI – UVODKomponente betona

■ Agregat (70 – 80% u betonskoj masi)

■ Cement (10 – 20% u betonskoj masi)

■ Voda (5 – 10% u betonskoj masi)

■ Hemijski dodaci - aditivi i mineralni dodaci (neobavezni, ali se u novije vreme vrlo često koriste, doziraju se u odnosu na masu cementa)

BETONI – UVOD

■ OSNOVNA PODELA BETONA NAJČEŠĆE SE VRŠI NA BAZI KRITERIJUMA KOJI SE ZASNIVA

NA VREDNOSTIMA ZAPREMINSKE MASE - γ:

● Laki betoni: γ 1900 kg/m3,

● Obični betoni: 1900 γ 2500 kg/m3,

● Teški betoni: γ 2500 kg/m3.

BETONI – UVOD

BETONI – UVOD

BETONI – UVOD

BETONI – UVOD

Materijali za izradu betona

AGREGAT KAO KOMPONENTA BETONA

■ Učestvuje sa 70 – 80 % u masi betona.

■ Ravnopravno se koriste: – Prirodni (rečni) šljunak i pesak (jeftiniji, povoljniji oblik zrna – ugradljivost i

obradljivost),

– Drobljeni krupan i sitan agregat (skuplji, homogeniji sastav, oštroivičnost, bolja athezija sa cementnim kamenom).

■ Štetni sastojci u agregatu: trošna zrna, glina, organske materije, škriljci, lapori, serpentini, liskun, ugalj, gips.



Beton je kompozitni materijal – konglomerat koji se sastoji od 2 komponente:

cementnog kamena i agregata





Fuler:

EMPA:

(%) 100D

dYF

(%) 50

D

d

D

dYE



Sa granulometrijskom krivom mešavine agregata “Moravac”, iako se često ne može uklopiti u područja F–E, dobijaju se betoni vrlo visokih čvrstoća

Materijali za izradu betonaAGREGAT KAO KOMPONENTA BETONA

Pravilnik BAB’87 – preporuka CEB (Evropski komitet za beton)



Primer kontinualne granulometrijske krive (D = 16 mm)





Ez=0,8 – 1,0 (Ez=0,9)

D ≤ 0,9 R

Er ≤ 1,4 za rečni agregat Er ≤ 1,2 za drobljeni agregat

D ≤ 1,4 ρ (D ≤ 1,2 ρ)


Vlažnost agregata i njeno određivanje

■ S obzirom na značaj vodocementnog faktora u proizvodnji betona, vlažnostagregata mora biti uzeta u obzir prilikom doziranja. Kako uobičajeni

postupak određivanja vlažnosti – putem sušenja do konstantne mase dugo

traje, potrebno je primeniti mnogo brži postupak – putem sifonskog suda.

■ Postupak podrazumeva određi-vanje mase vlažnog agregata Mav

vagom, a zatim njegove zapremine Vav pomoću sifonskog suda i men-zure (v. sliku).

(za je prethodno određeno za čitavu isporuku agregata).


CEMENT KAO KOMPONENTA BETONA

■ Učestvuje u betonu sa svega 10 – 20 % po masi, ali ima vrlo veliki uticaj na svojstva betona.

■ Izbor cementa treba vršiti na osnovu njegovih sledećih svojstava:

– - Čvrstoća i brzina rasta čvrstoće (klasa cementa),

– - Toplota hidratacije,

– - Hemijska otpornost.

■ U praksi, količina cementa se kreće u granicama od 200 do 500 kg/m3, ali, u najvećem broju slučajeva 300 do 400 kg/m3 .

Komponente betona: Cement – Standard SRPS EN 197

Materijali za izradu betonaCement kao komponenta betona

Čvrstoća pri pritisku MPa

Početna čvrstoća Standardna čvrstoća Klasa čvrstoće

2 dana 7 dana 28 dana 32,5 L - ≥ 12,0 32,5 N - ≥ 16,0 32,5 R ≥ 10,0 -

≥ 32,5 ≤ 52,5

42,5 L - ≥ 16,0 42,5 N ≥ 10,0 - 42,5 R ≥ 20,0 -

≥ 42,5 ≤ 62,5

52,5 L ≥ 10,0 - - 52,5 N ≥ 20,0 - - 52,5 R ≥ 30,0 -

≥ 52,5 -

Sve vrste cementa u upotrebi u Srbiji moraju zadovoljavati tehničke uslove (u smislu kvaliteta, usaglašenosti, postupka označavanja) propisane u Pravilniku o kvalitetu cementa.

Najvažnija mehanička svojstva cementa – uslovi kvaliteta


Cement kao komponenta betona

Klasa čvrstoće

Finoća mliva,

%

Specifična površina,

cm2/g

Početak vezivanja,

min

Kraj vez., min

Aut. def., %

Ekspanzija, mm

Toplota hidratacije

32,5 L 32,5 N 32,5 R

≥ 75

42,5 L 42,5 N 42,5 R

≥ 60

52,5 L 52,5 N 52,5 R

≤ 10 ≥ 2400

≥ 45

≤ 600 ≤ + 0,5 ≤ 10 ≤ 270 J/g

(7dana/41h)

Najvažnija fizička svojstva cementa – uslovi kvaliteta


Voda kao komponenta betona

■ Voda kao komponenta učestvuje u betonu sa 5 – 10 % po masi.

■ Voda za spravljanje betona ne sme da sadrži:

– Sastojke koji utiču na proces hidratacije cementa

– Sastojke uzročnike korozije armature u armiranobetonskim konstrukcijama

■ Ovi sastojci mogu da budu:

– Rastvoreni u vodi

– U vidu čvrstih, suspendovanih (dispergovanih) primesa (muljevite, blatne, glinene, drvene, ugljene čestice i dr.)


Voda kao komponenta betona

■ Voda je podobna za izradu betona ako je:

– Vodonikov pokazatelj (pH) 4,5 – 9,5

– Sulfatnih jona manje od 2700 mg/l

– Hloridnih jona manje od 300 mg/l

– Indeks organskih sastojaka manji od 200 mg/l

– Ukupno rastvorenih soli manje od 5000 mg/l (ne odnosi se na morsku vodu).

■ Obična voda za piće: bez posebnih dokaza o podobnosti.

■ Morska voda: Može se upotrebiti samo za spravljanje betona za nearmirane konstrukcije (izuzev kod primene AC).

Materijali za izradu betonaAditivi (dodaci) kao komponenta betona

■ Aditivi (dodaci) su neobavezna, četvrta komponenta betona, čijim se dodavanjem u vrlo maloj količini (prilikom spravljanja), mogu poboljšati neka svojstva svežeg i/ili

očvrslog betona.

■ U opštem slučaju, najčešće se radi o sledećim vrstama aditiva (hemijskih dodataka):

– Plastifikatori (superplastifikatori),

– Aeranti (uvlačivači vazduha),

– Akceleratori (ubrzivači vezivanja i/ili očvršćavanja),

– Retarderi (usporivači vezivanja),

– Zaptivači,

– Antifrizi (dodaci za betoniranje na niskim temperaturama).


Aditivi (dodaci) kao komponenta betona

■ Danas se sve češće betonima dodaju i tzv. mineralni dodaci:

– Pucolani (prirodni i veštački),

– Zgura visokih peći,

– Elektrofilterski (leteći) pepeo,

– Krečnjačko brašno,

– Silikatna prašina (Silica Fume), itd.



■ Plastifikatori (superplastifikatori):

- Površinski aktivne supstance, koje u svežem betonu deluju kao

svojevrsna “maziva” – obavijaju zrnca cementa, stvarajući oko njih

tanke opne, usled čega se značajno smanjuje trenje u masi.

■ Superplastifikatori u obliku površinski aktivnih supstancidanas imaju vrlo široku primenu, pri čemu se njihovim dodavanjem svežem betonu:

- Snižava viskozitet, tj. poboljšava ugradljivost i obradljivost, ne

menjajući pritom količinu vode u betonu, ili

- Omogućava značajno smanjenje količine vode (HRWRA) bez

promene viskoziteta (ugradljivosti i obradljivosti) betonske smeše.



■ Aeranti (uvlačivači vazduha):

- U strukturi betona formiraju fine mehuriće (globule) vazduha reda

veličine 0,01 – 0,3 mm, ravnomerno raspoređene u masi cementnog

kamena, na međusobnim rastojanjima do 0,25 mm.

- Ovakva struktura betona uslovljava povećanje otpornosti očvrslog

betona na dejstvo mraza, jer “uvučeni” mehurići prekidaju mrežu

finih kapilara u cementnom kamenu, čime se, sa jedne strane smanjuje

upijanje vode, a sa druge strane dobija prostor (za oko 20% rezervne

zapremine pora) za širenje leda, čime se eliminišu unutrašnji naponi,

koji dovode do destrukcije očvrslog betona

- Optimalni procenat uvučenog vazduha obično iznosi 4–6% u odnosu na

ukupnu zapreminu betona, čime se ne smanjuje čvrstoća betona, pošto

uvučeni mehurići igraju i ulogu plastifikatora (smanjenje količine vode)



■ Akceleratori (ubrzivači vezivanja i/ili očvršćavanja):

- Najpoznatiji i najčešće primenjivan ubrzivač je, nesumnjivo, CaCl2 ,

koji ne utiče bitno na vezivanje cementa, ali u značajnoj meri ubrzava

proces očvršćavanja cementa. U količini od samo 0,2% u odnosu na

masu cementa omogućava brzi rast čvrstoće u prvih 7 dana, dok pri

dozi od 2% ponekad omogućava da se nakon 7 dana dobiju 28-dnevne

čvrstoće.

- Kako joni hlorida, kao što je već ranije naglašavano, veoma ozbiljno

utiču na koroziju čelične armature u betonu, u novije vreme koriste se

bezhlorni aditivi ubrzivači, koji takođe doprinose brzom rastu čvrstoće.

- Razume se da je prevashodna primena ove vrste aditiva prilikom

betoniranja pri niskim temperaturama.



■ Retarderi (usporivači vezivanja):

- Retarderi deluju na taj način što oko zrna cementa stvaraju opne koje

sprečavaju brzo odvijanje hemijskih reakcija na relaciji cement – voda

- Najpoznatiji i najrasprostranjeniji usporivač je sadra (CaSO4∙2H2O).

- Pored sadre, kao retarderi se koriste i dekstrin, razne vrste šećera

(glikoza, saharoza), glicerin, oksidi cinka, olova i dr. Treba napomenuti

da se ove materije dodaju u vrlo malim količinama, reda veličine 0,1% i

da postoje takvi aditivi koji do određenog procenta deluju kao usporivači,

dok pri većim količinama kao ubrzivači vezivanja cementa.

- Primena retardera dolazi u obzir pri betoniranju na visokim temperatu-

rama, pri transportovanju betona na dužim relacijama, u situacijama

koje nalažu izvođenje betoniranja bez prekida i slično.


Aditivi (dodaci) kao komponenta betona■ Zaptivači:

- Sastav aditiva zaptivača tako je podešen da se nakon njihove reakcije sa

klinker mineralima dobijaju produkti koji zaptivaju kapilarne pore u

cementnom kamenu. Na taj način se povećava stepen vodonepropustlji-

vosti očvrslog betona (ako je mv/mc faktor dovoljno nizak, nisu potrebni!)

- Dobijaju se na bazi masnih kiselina, a upotrebljavaju u obliku emulzija

ili smolastih bitumenoznih formulacija.

■ Antifrizi

- Antifrizi su sredstva protiv zamrzavanja svežeg betona – deluju tako što

snižavaju tačku smrzavanja vode u njemu

- Njihovom upotrebom omogućava se izvođenje betonskih radova i na

temperaturama nižim od 00C (CaCl2 , natrijum nitrat, NaCl (so) i dr.),

- U slučaju nearmiranih konstrukcija primenjuju se u dozama i do 10%



■ Danas na tržištu postoji vrlo veliki asortiman aditiva i oni uglavom nose različita trgovačka imena.

■ Uz ove aditive idu i prospekti u kojima se daju uslovi primene i

doziranja. Ovi uslovi se, međutim, uglavnom odnose na primenu sa čistim PC, a kako se čist PC (CEM I) kod nas primenjuje u vrlo ograničenim količinama, svaki od aditiva treba ispitati sa onim cementom sa kojim će se primenjivati.

■ Kad je reč o aditivima plastifikatorima (superplastifikatorima),

ubrzivačima, a posebno aditivima usporivačima, u cilju

određivanja njihovih potrebnih doza, osim laboratorijskih ispitivanja, potrebno je vršiti i ispitivanja u realnim uslovima, na realnim temperaturama.

Određivanje sastava betonaRedosled postupaka

Izbor komponentnih materijala(na osnovu vrste konstrukcije, sredine u kojoj se gradi i ekonomskih faktora)Određivanje nominalno najvećeg zrna agregata (D)(na osnovu planova oplate i planova armature)Izbor konzistencije svežeg betona (na osnovu projektovane klase betona, planova oplate i planova armature)Određivanje količine vode (mv)(polazeći od usvojene veličine D, usvojene konzistencije svežeg betona i odabrane vrste agregata)


Određivanje vrednosti vodocementnog faktora(na osnovu projektovane marke betona MB i odabrane vrste – klase cementa)Određivanje količine cementa (mc)(na osnovu poznatog vodocementnog faktora i poznate količine vode)Određivanje količine agregata(polazeći od poznate jednačine po apsolutnim zapreminama komponenata, poznatih specifičnih masa komponenata i pretpostavljene zapremine uvučenog vazduha)


Utvrđivanje granulometrijskog sastava agregata(vodeći računa o vrsti konstrukcije, projektovanoj klasi betona i dimenzijama elemenata konstrukcije)Sračunavanje učešća pojedinih frakcija agregata(na osnovu utvrđenog granulometrijskog sastava)Proba konzistencije svežeg betona i eventualne odgovarajuće korekcije sastavaIzrada uzoraka za prethodna ispitivanja betonaKorekcije (eventualno) sastava betona(na bazi rezultata prethodnih ispitivanja)Definitivno usvajanje sastava betona

Određivanje sastava betonaOdređivanje količine vode

Utvrđivanje projektovanih svojstava betona

■ Čvrstoća betona fk,28 koju je potrebno laboratorijski potvrditi u tokuprojektovanja betonske mešavine treba da bude najmanje jednaka“karakterističnoj vrednosti” čvrstoće za važeći fraktil od 10% , a ostala svojstva za određenu vrednost povoljnija od projektovanih.

■ Pravilnik BAB ’87 preporučuje vrednosti prema priloženoj tablici:

Određivanje potrebnog vodocementnog faktora

■ Vrednost vodocementnog faktora mv/mc određuje se na osnovuprethodno utvrđene 28-dnevnečvrstoće pri pritisku i odabranihkomponentnih materijala, putembrojnih empirijskih formula, ilidijagrama, kao što je, na primer,priloženi dijagram prema Valcu.

■ U okviru slajdova koji slede, bićepokazano u tu svrhu nekolikonajčešće korišćenih empirijskihformula, uz potrebna objašnjenja.

FIZIČKO – MEHANIČKA SVOJSTVA BETONA

Osnovni zakoni čvrstoće betona


U formuli Beljajeva:

↓■ fpc– klasa primenjenog cementa■ k – parametar koji zavisi od

vrste agregata, kako sledi:- Rečni: k=4,0- Drobljeni: k=3,5

U formuli Ferea za vrednost parametra k treba uzeti:

● k = 250, za cement PC 32,5

● k = 320, za cement PC 42,5● k = 390, za cement PC 52,5


■ Formula Bolomej - a:

fpc – klasa cementa,

A = 0,55 – 0,65 (u zavisnosti od MB i granulom. sastava agregata).

■ Formula Skramtajev-a:

)5,01

(5,01

28,

pcpck fAfAf

)5,01

(

:40,0 :. ,5,21

)5,01

(

:40,0 :. ,5,21

228,

128,

pck

pck

fAf

tjZa

fAf

tjZa

■ Nije teško uočiti da je formula Skramtajev-a za slučaj ω ≥ 0,40 istošto i formula Bolomej-a; drugim rečima, Skramtajev je, praktično, dopunio

formulu Bolomej-a i slučajem kada je ω ≤ 0,40.

Određivanje količine cementa i agregata

■ Količina cementa mc

sračunava se direktnona osnovu prethodnoodređene količine vode mv i vodocementnog faktora = mv /mc

■ Za određivanje potrebnekoličine agregata ma

treba imati prethodnoodređene vrednosti sc i sa

■ Ukoliko se radi o beto-nu bez aeranta, za vred-nost vš treba usvojiti0,01 – 0,03 (1% – 3%).

• Provera zapreminske mase svežeg betona:b = mc + ma + mv (+mad ) [kg/m3]

• Količina cementa:

• Količina agregata:

/ 1

1

3

3

mkgmm

vm

mvmmm

sv

v

sc

cšsaa

š

sv

v

sc

c

sa

a

/ 98,0 3mkgmm

msv

v

sc

csaa

3/ mkgm

mm

mm

m

m

v

cv

vc

c

v

(vš = 2 % = 0,02 m3/m3 betona)

Određivanje količine agregata po frakcijama

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASadržaj poglavlja

■ Uvod Struktura svežeg betona Reološka svojstva (samo osnovni pojmovi)■ Tehnološka svojstva:

– Konzistencija– Raslojavanje– Ugradljivost i obradljivost

■ Ostala svojstva:– Zapreminska masa– Mehanička otpornost– Procenat uvučenog vazduha– Vreme vezivanja (vreme ugradljivosti i obradljivosti) betona– Pritisak na oplatu (detaljnije u okviru predmeta Tehnologija betona)

Temperatura

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAUvod

■ Svež beton je specifičan, višekomponentni polidisperzan sistem, koji se dobija homogenizacijom mešavine komponentnih materijala o kojima je bilo reči na prethodnim slajdovima.

■ U ovom sistemu prisutne su fino disperzne čestice – cement, vrlo sitne čestice agregata i eventualno neki praškasti mineralni dodaci, zatim znatno krupnija zrna sitnog i krupnog agregata, voda, aditivi(eventualno) i mehurići vazduha (bilo namerno uvučenog putem aditiva aeranta, bilo zarobljenog u svežem betonu tokom mešanja).

■ Usled prisustva unutrašnjih sila međudejstva čestica čvrste i tečne faze (međumolekularne sile, sile viskoznog trenja, kapilarne sile),

svež beton poseduje određen stepen kohezivnosti (strukturnu čvrstoću), ali se odlikuje i svojstvima koja su karakteristična za viskozne tečnosti.

■ Njegova svojstva su, ustvari, negde na sredini između “pravih” viskoznih tečnosti i čvrstih tela, pri čemu on poseduje svojstva tzv. “strukturirane viskozne tečnosti“.

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAUvod

■ Od pravih tečnosti razlikuje se posedovanjem strukturne čvrstoće, a od čvrstih tela srazmerno malom elastičnošću i sposobnošću podnošenja značajnih plastičnih deformacija, čak i pri vrlo malim opterećenjima.

■ Svojstva svežeg betona zavise od velikog broja uticajnih parametara,ali se celokupan kompleks ovih parametara generalno može svesti na dva osnovna faktora: 1) Karakteristike komponenata

2) Strukturu mešavine.

■ Jedno od najznačajnijih svojstava ovog sistema ogleda se u sposob-nosti da pod uticajem različitih mehaničkih dejstava menja svoja svojstva. Reč je o “tiksotropiji”, tj, o pojavi promenljivosti parameta-ra viskoznosti u funkciji kretanja, odnosno mirovanja čestica.

■ Drugo bitno svojstvo je stalna promenljivost parametara u funkciji vremena (gubljenje fluidnosti, povećanje viskoznosti i dr.), što je uslovljeno odvijanjem fizičko – hemijskih procesa tokom hidratacije cementa.

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAStruktura svežeg betona

■ Struktura svežeg betona najčešće se razmatra kao struktura sistema koji se sastoji od 2 komponente (2 faze): cementne paste i agregata.

U sastav cementne paste uvek se uračunavaju i vrlo fine čestice agregata (ispod 0,09 mm), kao i eventualni mineralni dodaci (silikatna prašina, EF – pepeo, zgura, pucolani i dr.).

■ Velika specifična površina ovih najsitnijih čestica ima za posledicu pojavu unutrašnjih sila veze u svežem betonu - sile apsorpcionog, molekularnog i kapilarnog međudejstva.

■ Ove sile bitno utiču na sva svojstva svežeg betona, a u prvom redu na stepen povezanosti (kohezivnost) sistema.

■ Svojstva cementne paste, kao i svežeg betona u celini, zavise od odnosa čvrste i tečne faze: sa povećanjem sadržaja vode povećava se pokretljivost (fluidnost), a smanjuje strukturna čvrstoća.

■ Voda o kojoj je reč najčešće je vezana voda (hemijski ili fizički vezana).


■ Struktura I● Zrna agregata su međusobno

veoma udaljena (razmaknuta)zbog prisustva velike količinecementne paste, tako da njihovouzajamno delovanje i ne postoji

● Dobra fluidnost i dobra kompak-tibilnost mešavine

■ Struktura II● Cementne paste je manje–ona

samo ispunjava prostore izmeđuzrna, sa neznatnim razdvajanjem

susednih zrna slojem “maziva”debljine 1-3 preč. zrna cementa

● Dopunski efekat trenja izmeđuzrna agregata => slabijaugradljivost i obradljivost mešav.

U zavisnosti od odnosa cementne paste i agregata, definišu se 3 tipa strukture svežeg betona, kako sledi:

Tri tipa strukture svežeg betona


■ Struktura II (nastavak)● Da bi se ostvarila fluidnost kao

kod Strukture I, potreban je iliviši mv/mc faktor, ili određenimpostupcima smanjiti viskoznostmešavine (vibriranje, pritisak)

■ Struktura III● Cementne paste je malo, ona

samo obavija zrna agregata tan-kim slojem, a prostore izmeđuzrna delimično ispunjava

● Obradljivost mešavine veomaslaba i pri kompaktiranju, akoje uopšte i moguće, moraju seprimeniti posebni postupci.

● Uticaj agregata na svojstva jeveliki (suvo trenje u mešavini)

Tri tipa strukture svežeg betona

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAReološka svojstva

■ Svojstva očvrslog betona u velikoj meri zavise od stepena zbijenosti svežeg betona, koja se ostvaruje tokom procesa ugrađivanja i završne obrade. Ova svojstva, dakle, bitno zavise i od tehnoloških postupaka koji se primenjuju prilikom ugrađivanja i završne obrade betona.

■ Kvalitetno ugrađivanje i završna obrada, koji se izvode uz primenu određenog postupka zbijanja (kompaktiranja), generalno posmatrano, zavise od reoloških svojstava betonske smeše.

SVOJSTVA SVEŽEG BETONATehnološka svojstva

■ Reološka svojstva svežeg betona značajno utiču na njegova Tehnološka svojstva, kao i na Svojstva očvrslog betona.

■ Da bi se dobio očvrsli beton zahtevanih karakteristika, neophodno je da sveži beton ima odgovarajuća svojstva, koja će pri primeni određenih Tehnoloških postupaka (spravljanje, transport, ugrađivanje i dr.) obezbediti da se dobije zahtevani kvalitet očvrslog materijala

■ Drugim rečima, svež beton treba da ispunjava uslov Tehnologičnosti ,što podrazumeva njegovu sposobnost da odgovori zahtevima koje nameću pojedine faze tehnološkog procesa proizvodnje betona i izrade konkretnog betonskog elementa (ili konkretne betonske konstrukcije)

■ Svojstvo t e h n o l o g i č n o s t i svežeg betona treba shvatiti kao skup većeg broja posebnih svojstava koja su od značaja u čitavom tehnološ-kom lancu – počev od doziranja, homogenizacije (mešanja), pa sve do završne obrade gornjih površina i nege ugrađenog betona

■ Sve ove karakteristike se mogu posmatrati u funkciji reoloških parametara svežeg betona – strukturne čvrstoće, viskoznosti, suvog trenja u masi i dr., što u prvom redu važi za Svojstvo ugradljivosti


■ U praksi se tehnologičnost svežeg betona najčešće razmatra kao funkcija k o n z i s t e n c i j e svežeg betona.

■ Pod pojmom “konzistencija” podrazumeva se skup svojstava svežeg betona koja su od značaja za njegovu ugradljivost i obradljivost.

Sami pojmovi “ugradljivost” i “obradljivost”, pak, označavaju sposobnost svežeg betona da primenom određenog postupka zbijanja (kompaktiranja) homogenom masom u potpunosti ispuni sve prostore ograničene kalupom (oplatom).

Druga definicija se praktično svodi na formulaciju po kojoj se pod konzistencijom podrazumeva skup svih svojstava koja se iskazuju pojmovima pokazatelja pokretljivosti i krutosti betonske mešavine.

■ U vezi sa ovako shvaćenim pojmom konzistencije u praksi se najčešće govori o krutoj, slabo plastičnoj, plastičnoj i tečnoj betonskoj mešavini, odnosno o krutoj, slabo plastičnoj, plastičnoj i tečnoj konzistenciji svežeg betona.


● Homogenost (homogenity),

● Ugradljivost (kompaktibilnost - compactability),

● Povezanost (kohezivnost - cohesiveness),

● Stabilnost (stability) - suprotstavljivost segregaciji i izdvajanju vode,

● Transportabilnost (transportability),

● Pumpabilnost (pumpability),

● Završna obradljivost gornjih površina (workability) i dr.

■ Tehnološko svojstvo ugradljivosti svežeg betona posebno je značajno sa stanovišta kvaliteta očvrslog betona.

■ Od ovog svojstva bitno zavisi mogućnost zbijanja – kompaktiranja svežeg betona, a od stepena ostvarene zbijenosti i stepen kompaktno-sti, odnosno ostvarena veličina zapreminske mase očvrslog betona, a sa njom i veličina ostvarene čvrstoće i trajnost betona (v. sled. slajd)


SVOJSTVA SVEŽEG BETONATehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencije

■ Prema našim standardima za ispitivanje konzistencije svežeg betona na raspolaganju su sledeće 4 metode:

- Metoda sleganja (Slump – Method)

- Metoda rasprostiranja (Flow – Method)

- VEBE – metoda (Vebe – Method) i

- Metoda sleganja vibriranjem (Compaction – Method)

■ Napred navedene metode i prema ostalim svetskim i evropskim standardima predstavljaju osnovna 4 postupka za ispitivanje konzistencije, pri čemu je Slump Method širom sveta najčešće zastupljen

■ Prema evropskom standardu EN 206 iz 2000. god., postoje takođe napred navedene 4 metode.

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASpravljanje betona


Metoda sleganja (Slump – Method)


Metoda sleganja(Slump – Method)


Metoda sleganja(Slump – Method)

h

Tačnost 10 mm


Metoda rasprostiranja (Flow Method)


VEBE – metoda (Vebe Method)


Metoda sleganja vibriranjem – kompaktiranjem (Compaction Method)


Važna napomena: Ako konzistencija nekog svežeg betona prema jednoj metodi odgovara nekom tipu konzistencije, to ne mora da znači da i prema ostalim metodama taj beton treba takođe da odgovara istom tipu konzistencije!


Međuzavisnost pokazatelja konzistencije po metodi sleganja i po VEBE – metodi

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAFaktori uticaja na tehnologičnost svežeg betona

■ Tehnologičnost svežeg betona, pre svega ugradljivost i obradljivost, zavisi od niza uticajnih faktora, ali odlučujuću ulogu ima količina vode.

■ Za odabranu vrstu i granulometrijski sastav agregata, a pri određenoj temperaturi mešavine, nezavisno od primenjene količine cementa (u uobičajenim granicama 200 – 500 kg/m3), konzistencija betonske mešavine zavisiće samo od primenjene količine vode. Ovaj stav je poznat kao pravilo konstantnog sadržaja vode.

■ Napred navedeni stav drugim rečima znači da: za odabrani agregat (vrstu i veličinu D) i za utvrđenu konzistenciju svežeg betona, količina vode će biti jednaka za sve primenjene količine cementa (200 – 500 kg/m3), tj. za sve vodocementne faktore ω=mv/mc , odnosno za sve marke betona MB.

■ Na sledećem slajdu¸ovaj stav je ilustrovan i putem tablice potrebnih količina vode za različite mere sleganja Δh, za rečni, odnosno drobljeni agregat, sa tri različite veličine najkrupnijeg zrna D.

■ Na nekoliko slajdova koji potom slede dat je uticaj veličine D, temperature mešavine T i vremena t proteklog od početka mešanja betona.

SVOJSTVA SVEŽEG BETONATehnološka svojstva: Konzistencija – (Vrsta agregata, t)

Promena konzistencije u funkciji proteklog vremena t nakon mešanja

SVOJSTVA SVEŽEG BETONATehnološka svojstva: Konzistencija – (T, D)

Zavisnost konzistencije svežeg betona od njegove temperature T i veličine nominalno najkrupnijeg zrna agregata D

SVOJSTVA SVEŽEG BETONATehnološka svojstva: Raslojavanje (segregacija)

Shematski prikaz procesa raslojavanja nedovoljno koherentne sveže betonske

mešavine tokom zbijanja vibriranjem

SVOJSTVA SVEŽEG BETONATehnološka svojstva: Kohezivnost

Fotografija koherentne sveže betonske mešavine nakon opita rasprostiranja

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAOstala svojstva: Zapreminska masa

Određuje se tokom izrade uzoraka od svežeg betona za ispitivanje svojstava očvrslog betona. Ovi uzorci formiraju se u čeličnim kalupima, najčešće na načine prikazane donjom skicom pod a) i b)

● Kod zbijanja betona putempervibratorske igle, koje se u praksi i najčešće koristi (a),kalup sa nastavkom ne sme da leži na tvrdoj podlozi, kako bi se izbegli reflektovani vibraci-oni talasi i interferencija.● Na skici pod b) dat je postu-pak zbijanja na vibrostolu, koji se koristi kod prefabrika-cije betonskih elemenata● Određivanje zaprem. mase:

3,

, / mkgV

MM

V

M

k

kbk

k

svb

svb

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAUgradjivanje betona

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAOstala svojstva: Čvrstoća mladih betona

Zavisnost čvrstoće svežih i “mladih” betona od vodocementnog faktora

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAOstala svojstva: Sadržaj zaostalog (uvučenog) vazduha

● Princip rada aparature naskici zasniva se na registrova-nju smanjenja zapreminezbijenog betona (snižavanjenivoa u kalupu) izloženogodređenom pritisku.

● Pritisak se ostvaruje putemjednostavne vazdušne pumpe

(1), a meri manometrom (2).● Pod pritiskom vazduha većim

od atmosferskog dolazi dosmanjenja zapremine betona u kalupu.

● Aparat je izbaždaren tako dasniženje nivoa vode u ceviodgovara zapremini (u %)vazduha zaostalog u betonunakon njegovog zbijanja

(vibriranja) u kalupu.

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAOstala svojstva: Sadržaj zaostalog (uvučenog) vazduha

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAVreme vezivanja betonskih smeša




SVOJSTVA SVEŽEG BETONAOstala svojstva:Pritisak na oplatu

■ Vertikalni pritisak pv i horizontalni pritisak ph na oplatu, saglasnopriloženoj skici, može se definisati izrazima:

Pv = 10 ∙ b,sv∙ hmax (kN/m2)Ph = ph (b,sv , φ, h, v) (kN/m2)

(b,sv – zapr masa svežeg betona; φ – ugao unutr. trenja svežeg betona; v – brzina betoniranja)

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAOstala svojstva:Pritisak na oplatu

Horizontalni pritisak svežeg betona na oplatu

A – Gornja površina betonaB – Dubina do koje se propagira uticaj vibratoraC – Gornja površ. vezanog betona (sa poč. čvrst.)

pb=10 ∙ b,sv ∙ h1 (kN/m2) (jer je: φ = β = 0)

pc= pb+∆pb=10 ∙ b,sv∙ [h1 + (h - h1) ∙ dp] (kN/m2)Koeficijenti dp u funkciji uglova φ i β

φ=0 – za beton u trenutku vibriranjaφ=200 – za beton liveni koji se više ne može zbijatiφ=300 – za plastičan beton

φ=500 – za beton koji se revibrira β=250 – za grubo rendisanu daskuβ=16-180 – za uglačanu dasku ili oplatu premazanu slojem sintetičke smole (za rendis. dasku: φ=200

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAOstala svojstva: Temperatura svežeg betona

SVOJSTVA SVEŽEG BETONAOstala svojstva: Temperatura svežeg betona

■ Temperatura svežeg betona menja se tokom vremena i zavisi od većeg broja uticajnih parametara:● Početne temperature mešavine (na izlasku iz mešalice)

● Temperature sredine

● Toplote hidratacije cementa

● Razmene toplote sa okolinom i dr.

■ Početna temperatura:

Ovde su: Sa, Sc i Sv – Specifični toplotni kapaciteti agregata, cementa i vode,

Ta , Tc i Tv – Početne temperature agregata, cementa i vode,

ma , mc i mv – Mase agregata, cementa i vode, respektivno (kg/m3)

■ Kako je: Sa≈ Sc ≈ 0,84 J/g0C, a Sv = 4,2 J/g0C, izraz (1) postaje:

)( 00 C

mSmSmS

mTSmTSmTST

vvccaa

vvvcccaaab

)( )( 2,0

)( 2,0 00 C

mmm

mTmTmTT

vca

vvccaab

Documents

BETONI - University of BelgradeBETONI–UVOD BETON JEVEŠTAČKI KAMENI MATERIJAL, DOBIJEN OČVRŠĆAVANJEM MEŠAVINE NEKOG VEZIVNOG MATERIJALA I AGREGATA. ZA RAZLIKU OD MALTERA, ZA