OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA

OSNOVI TEORIJE IOSNOVI TEORIJE ITEHNOLOGIJE BETONATEHNOLOGIJE BETONA

SadržajSadržaj■■ 1. Uvodna razmatranja

■ 2. Svojstva svežeg betona

■ 3. Struktura očvrslog betona

■ 4. Fizičko – mehanička svojstva betona

■ 5. Reološka svojstva očvrslog betona

■ (6. Trajnost betona i betonskih konstrukcija)

■ 7. Ispitivanja betona metodama bez razaranja

■ 8. Određivanje sastava betona

■ 9. Spravljanje betona

■ (10. Armirački radovi)

OSNOVI TEORIJE IOSNOVI TEORIJE ITEHNOLOGIJE BETONATEHNOLOGIJE BETONA

Sadržaj (nastavak)Sadržaj (nastavak)■■ ((11. Oplate11. Oplate))■■ 12. Transport svežeg betona12. Transport svežeg betona■■ 13. Ugrađivanje betona13. Ugrađivanje betona■■ ((14. Postupci izvođenja nekih uobičajenih tipova konstrukcija14. Postupci izvođenja nekih uobičajenih tipova konstrukcija))■■ 15. Nega ugrađenog betona i demontaža oplate15. Nega ugrađenog betona i demontaža oplate■■ 16. Specijalni postupci betoniranja i neke specifične tehnologije 16. Specijalni postupci betoniranja i neke specifične tehnologije

ugrađivanja betona pri proizvodnji prefabrikata ugrađivanja betona pri proizvodnji prefabrikata ■■ 17. Ubrzano očvršćavanje betona17. Ubrzano očvršćavanje betona■■ 18. Posebne vrste betona18. Posebne vrste betona■■ 19. Izvođenje betonskih radova u ekstremnim klimatskim uslovima19. Izvođenje betonskih radova u ekstremnim klimatskim uslovima■■ 20. Kontrola kvaliteta betona20. Kontrola kvaliteta betona■■ 21. Projekat betona21. Projekat betona

UVODNA RAZMATRANJAUVODNA RAZMATRANJAKKomponente betonaomponente betona

UVODNA RAZMATRANJAUVODNA RAZMATRANJA KKomponente betonaomponente betona

■ Agregat (70 – 80% u betonskoj masi)

■ Cement (10 – 20% u betonskoj masi)

■ Voda (5 – 10% u betonskoj masi)

■ Aditivi (neobavezni, ali se u novije vreme vrlo često koriste)


AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONAAGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA■■ Učestvuje sa 70 – 80 % u masi betonaUčestvuje sa 70 – 80 % u masi betona

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

obradljivost)obradljivost)

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

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

■■ Reaktivni, alkalno – silikatni sastojci (amorfni silicijum):Reaktivni, alkalno – silikatni sastojci (amorfni silicijum):– U krupnom agregatu < 5%U krupnom agregatu < 5%

– U sitnom agregatuU sitnom agregatu < 0,5%< 0,5%

■■ Do alkalno – silikatne Do alkalno – silikatne reakcije reakcije neće doći ukoliko je:neće doći ukoliko je:– Sadržaj alkalija u cementu (NaSadržaj alkalija u cementu (Na22O+0,658 KO+0,658 K22O < 0,6% po masi)O < 0,6% po masi)


AGEGAT KAO AGEGAT KAO KOMPONENTA KOMPONENTA BETONABETONA


AGEGAT KAO AGEGAT KAO KOMPONENTA KOMPONENTA BETONABETONA


AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONAAGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA

Fuler:

EMPA:

(%) 100D

dYF

(%) 50

D

d

D

dYE


AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA

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



Pravilnik BAB’87 (DIN 1048) – preporučuje 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)

D ≤ amin / 3; D ≤ a / 4; D ≤ 1,25 emin

BAB’87



Dmax=D+∆D=dm+(dm-dm-1) x/y

Aproksimacija (za praksu)

UVODNA RAZMATRANJAUVODNA RAZMATRANJAKKomponente betonaomponente betona - agregat - agregat

Vlažnost agregata i njeno određivanje

■ S obzirom na značčaj vodocementnog faktora u proizvodnji betona, vlažnost agregata mora biti uzeta u obzir prilikom doziranja. Kako uobiččajeni 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).


CEMENTCEMENT KAO KOMPONENTA BETONA 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


CEMENTCEMENT KAO KOMPONENTA BETONA KAO KOMPONENTA BETONA

■■ Minimalne količine cementa za armiranobetonske Minimalne količine cementa za armiranobetonske konstrukcije:konstrukcije:– 250 kg/m250 kg/m33, za beton koji nije izložen atmosferilijama,, za beton koji nije izložen atmosferilijama,

– 300 300 kg/mkg/m33, za beton koji je izložen atmosferilijama,, za beton koji je izložen atmosferilijama,

– 350 kg/m350 kg/m33, za beton izložen agresivnim uticajima., za beton izložen agresivnim uticajima.

■■ Minimalna kMinimalna količina cementa u funkcoličina cementa u funkciiji nominalno ji nominalno najkrupnijeg zrna agregata:najkrupnijeg zrna agregata:– min mmin mcc== kg/m kg/m33, odnosno, odnosno

– min mmin mcc== kg/m kg/m33, ako se radi o betomu izloženom , ako se radi o betomu izloženom

hemijskoj agresijihemijskoj agresiji

■■ U praksi, količina cementa se kreće u granicama od 200 do U praksi, količina cementa se kreće u granicama od 200 do 500 kg/m500 kg/m33, ali, u najvećem broju slučajeva 300 do 400 kg/m, ali, u najvećem broju slučajeva 300 do 400 kg/m33

5/550 D5/700 D

UVODNA RAZMATRANJAUVODNA RAZMATRANJAKKomponente betonaomponente betona: Cement – Standard EN 197: Cement – Standard EN 197


Cement kao komponenta betonaCement kao komponenta betona


Cement kao komponenta betonaCement kao komponenta betona


Voda kao komponenta betonaVoda kao komponenta betona

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

■■ Voda za spravljanje betona ne sme da sadrži:Voda za spravljanje betona ne sme da sadrži:– Sastojke koji utiču na proces hidratacije cementaSastojke koji utiču na proces hidratacije cementa

– Sastojke uzročnike korozije armature u armiranobetonskim Sastojke uzročnike korozije armature u armiranobetonskim konstrukcijamakonstrukcijama

■■ Ovi sastojci mogu da budu:Ovi sastojci mogu da budu:– Rastvoreni u vodiRastvoreni u vodi

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


Voda kao komponenta betonaVoda 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 za spravljanje betona za nearmirane konstrukcije (izuzev kod primene AC)


Aditivi (dodaci) kao komponenta betonaAditivi (dodaci) kao komponenta betona■ Aditivi (dodaci) su neobavezna, četvrta komponenta betona,

kojom se, dodavanjem betonu prilikom spravljanja u vrlo maloj količini, 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 betonaAditivi (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.

BETONBETONIIMaterijali Materijali zza ia izzradu betonaradu betona

Aditivi (dodaci) kao komponenta betona■ Plastifikatori (superplastifikatori):

- Fino dispergovani materijali–bentonit, EF–pepeo, pucolani i dr.

- 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 supstanci danas 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


Aditivi (dodaci) kao komponenta betona■ 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)


Aditivi (dodaci) kao komponenta betona

■ Akcelertori (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


Aditivi (dodaci) kao komponenta betona

■ 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 najrašireniji 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.

BETONBETONIIMaterijali Materijali zza ia izzradu betona (Do ovde 30.09.)radu betona (Do ovde 30.09.)

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%


Aditivi (dodaci) kao komponenta betona■ 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.

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONAUvodUvod

■ Svež beton je specifičan, višekomponentni polidisperzan sistem, koji se dobija homogenizacijom mešavine komponentnih materijala o kojima je bilo reči u prethodnom poglavlju.

■ 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 BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONAUvodUvod

■ 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 BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONAStruktura 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 količine cementne paste, tako da njihovo uzajamno delovanje i ne postoji● Dobra fluidnost i dobra kompaktibilnost mešavine■ Struktura II ● Cementne paste je manje–ona samo ispunjava prostore između zrna, sa neznatnim razdvajanjem susednih zrna slojem “maziva” debljine 1-3 preč. zrna cementa ● Dopunski efekat trenja između zrna agregata, usled čega: slabija ugradljivost 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 ili viši mv/mc faktor, ili određenim postupcima smanjiti viskoznost mešavine (vibriranje, pritisak)■ Struktura III ● Cementne paste je malo, ona samo obavija zrna agregata tan- kim slojem, a prostore između zrna delimično ispunjava ● Obradljivost mešavine veoma slaba i pri kompaktiranju, ako je uopšte i moguće, moraju se primeniti posebni postupci.● Uticaj agregata na svojstva je veliki (suvo trenje u mešavini)

Tri tipa strukture svežeg betona

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONAReološka svojstvaReološka svojstva

■ Sa pozicija reologije, svež beton se može razmatrati kao elasto - plastično – viskozno telo (sistem), čije ponašanje ne zavisi samo od sastava, strukture i svojstava komponenata, već takođe i od vremena i intenziteta spoljašnjih dejstava, koja se primenjuju u procesu tehnološke obrade.

■ Ovo ponašanje bi se, generalno posmatrano, moglo definisati opštim izrazom za naprezanje pri tečenju: , u kome je:

- τ – smičuće naprezanje,

- c (τm) – kohezija, η (ηm) – koeficijent viskoznosti,

- dγ/dt – brzina smicanja, σ – normalno naprezanje,

- φ – ugao unutrašnjeg trenja

pri čemu celokupan izraz, sa članom σ∙tgφ važi za mešavine svežeg betona kod kojih postoji značajno unutrašnje trenje (struktura III). Međutim, kako je primena ovakvih mešavina srazmerno mala, za praktične potrebe se kao dovoljno tačan može usvojiti sledeći izraz: , koji pred-

stavlja, ustvari, izraz reološkog ponašanja Bingamov – og tela (modela).

tgdt

dc

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONAReološka svojstvaReološka svojstva

■ U Bingamovom izrazu τm se definiše kao smičuće naprezanje na granici tečenja (granično smičuće naprezanje–strukturna čvrstoća), dok ηm pred-

stavlja koeficijent plastične viskoznosti (plastična – granična viskoznost).

■ Bingamov reološki model svežeg betona zasnovan je na pretpostavci da se betonska smeša može tretirati kao jedinstveno fizičko telo i da pri delovanju opterećenja to telo na početku ima elastične deformacije (opruga), a da docnije, kada se dostigne nivo opterećenja koji odgovara strukturnoj čvrstoći (kad se savlada trenje između mase B i podloge), smeša počinje da teče kao svaka viskozna tečnost (aktivira se klip u Njutnovom telu).

REOLOŠKA SVOJSTVA SVEŽEG BETONAREOLOŠKA SVOJSTVA SVEŽEG BETONAReološka svojstvaReološka svojstva

■ Najvažniji zaključci:– Kada se na svež beton deluje nekim mehaničkim uticajima

(statičke sile ili dinamička dejstva – npr. vibracije) njegova viskoznost se smanjuje.

– Drugim rečima, kada se na određeni način struktura sistema u potpunosti razori, tj. kada sistem izgubi svoju strukturnu čvrstoću, viskozitet se svodi na minimalnu vrednost i nastupa pojava tečenja; na ovaj način, a saglasno Bingamovoj relaciji, dolazi se do uprošćenog, Njutnovog izraza:

koji odgovara tečenju tzv. Njutnovskih tečnosti.– Po završetku delovanja spoljašnjih uticaja, međutim, sistem se

ponovo vraća u pređašnje stanje – uspostavlja se početna čvrstoća strukture i smanjuje pokretljivost (fluidnost) mase, što znači da viskoznost ponovo ima vrednost ηm

REOLOŠKA SVOJSTVA SVEŽEG BETONAREOLOŠKA SVOJSTVA SVEŽEG BETONAReološka svojstvaReološka svojstva

■ Sposobnost svežeg betona, kao i svih strukturiranih sistema, da pod uticajem mehaničkih dejstava menja svoja reološka svostva i da se po prestanku ovih dejstava ponovo vrati u pređašnje stanje u pogledu strukturne čvrstoće i viskoznosti, naziva se tiksotropija.

■ Ovo svojstvo svežeg betona vrlo široko se koristi u njegovoj tehnologiji, posebno u tehnologiji ugrađivanja krutih (suvih) i slabo plastičnih mešavina, gde se primenjuju postupci vibriranja, presovanja, vibropresovanja i sl.

■ Betonske mešavine danas se najčešće ugrađuju postupkom vibriranja, jer se na taj način svež beton privremeno prevodi u stanje blisko teškoj tečnosti – iz mase se istiskuju globule vazduha, beton ispunjava sve prostore u oplati.

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONAReološka svojstva: ViskozimetriReološka svojstva: Viskozimetri

■ Za određivanje reoloških svojstava svežeg betona koriste se različiti aparati tipa viskozimetara. Ovi viskozimetri mogu da budu:- Viskozimetri na principu merenja vremena isticanja svežeg betona

kroz otvor određene veličine – sl. a) na sledećem slajdu (koristi se samo za tečnije mešavine).

- Viskozimetri na principu merenja dubine prodiranja u masu svežeg betona konusa ili nekog drugog tela – sl. b) na sledećem slajdu (uglavnom za tečnije betone).

- Uređaji (statički ili vibracioni) na principu merenja vremena ili brzine tonjenja u beton kugle određenog prečnika i mase – sl. c) na sledećem slajdu.

- Viskozimetri na principu merenja sile potrebne za izvlačenje iz mase betona skupa pločica, štapova ili cilindara – sl. d) na sledećem slajdu.

- Viskozimetri na principu merenja brzine rotacije koaksijalnih koncentričnih) cilindara uronjenih u masu svežeg betona – sl. e) na

sledećem slajdu .

Dusan

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONAReološka svojstva: ViskozimetriReološka svojstva: Viskozimetri

■ Kod svih navedenih uređaja postoji u principu mogućnost uspostavljanja zavisnosti između merene veličine i koeficijenta viskoznosti svežeg betona koji treba da se odredi. Na primer, kod uređaja sa kuglom koja tone u masu - sl. c) biće:

η = K (k - b,sv ) · t(k , b,sv – zapreminska masa materijala kugle, odnosno svežeg betona; t – vreme uronjavanja kugle do određene dubine; K – konstanta aparature, koja se određuje baždarenjem pomoću tečnosti poznatog koeficijenta viskoznosti)

Dusan

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONAReološka svojstva: Reološka svojstva: Faktori uticajaFaktori uticaja

■ Značajan uticaj na reološka svojstva svežeg betona imaju: - Mineraloški sastav cementa (jače izraženu tiksotropiju, na primer, imaju cementi sa povećanim sadržajem minerala C3 A i C4 AF), - Finoća mliva cementa (videti sliku dole - desno), - Krupnoća agregata (v. sledeći slajd), - Vodocementni faktor (v. sledeći slajd), - Primena plastifikatora (ili superplastifikatora) i njihov sadržaj (sl. slajd)

■ Uticaj finoće mliva cementa Kao što se sa skice desno može zapaziti, uticaj finoće mliva na viskoznost η i na koeficijent tiksotropije 1/v izuzetno je značajan.■ Sa povećanjem finoće mliva, počev od 500 cm2/g, viskozitet i koeficijent tiksotropije prvo se smanjuju (za 4500-5000 cm2/g su najniži), a zatim rastu!

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Reološka svojstva: Reološka svojstva: Faktori uticajaFaktori uticaja

■ Sa povećanjem srednje veličine zrna agregata (sl. desno), viskozitet se značajno smanjuje.■ Potpuno je jasno (sl. dole), da se sa povećanjem mv/mc faktora, viskozitet mešavina značajno snižava, kao i da: ■ Sa povećanjem sadržja plastifikatora (superplastifikatora) viskozitet opada (videti sliku dole desno)

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Reološka svojstva: Reološka svojstva: Faktori uticajaFaktori uticaja

■ Kad je reč o uticaju vodocementnog faktora mv /mc treba napomenuti da njegovo povećanje preko određene vrednosti može izazvati raslojavanje (segregaciju) betonske mešavine, što bitno ugrožava njenu homogenost. ■ Reološka svojstva svežeg betona uvek se moraju posmatrati u funkciji vremena, što je logična posledica odvijanja procesa hidratacije cementa, naime:■ Tokom vremena povećava se kako granična viskoznost ηm , tako i granično smičuće naprezanje betonske mešavine τm . Promenljivost reoloških svojstava o kojoj je ovde reč zavisi od: - Vrste cementa, - Vodocementnog faktora, - Sastava betona, - Temperature mešavine, - Primene aditiva i niza drugih faktora.

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Tehnološka svojstvaTehnološka 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 opštem slučaju, sva reološka svojstva svežeg betona funkcija su meha-ničkih uticaja koji deluju na mešavinu, što se može ilustrovati i funkcijom τ - d /dt, prikazanom na donjoj slici, koja osim promene d /dt, pokazuje i promenljivost veličine η (od η0 do ηm) u funkciji smičućeg napona τ.

■ S obzirom na ovo, kao najadekvatnija definicija ugradljivosti (kompak-tibilnosti) može da se usvoji ona po kojoj ovo svojstvo opredeljuje količina mehaničkog rada potrebnog za prevođenje svežeg betona u stanje fluida sa strukturnom čvrstoćom m=0 i sa viskoznošću ηm .

■ Kada se ostvari “fluidizacija” svežeg betona i kada on poprimi svojstva “teške tečnosti”, u punoj meri se obezbeđuje mogućnost ispunjavanja svih prostora unutar oplate (kalupa), kao imogućnost da svež beton zađe u sve prosto-re “pregrađene” prisutnom armaturom i istiskivanja mehurića vazduha uvučenih u masu tokom mešanja komponenti.

■ Sve ovo zajedno obezbeđuje optimalno moguću zbijenost (kompaktnost) ugrađenog betona.


■ 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 konzistencije se podrazumeva skup svojstava svežeg betona koja utiču na postojanost, odnosno promenljivost njegovog oblika pod uticajem različitih mehaničkih dejstava.

■ Ova 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.

■ Konzistencijom, međutim, nije moguće obuhvatiti sve parametre koji opredeljuju svojstvo tehnologičnosti, usled čega se, osim konzisten-cije, primenjuju i postupci opisivanja pojedinih tehnoloških svojstava svežeg betona, kao što je to navedeno na sledećem slajdu.


● 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 BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA TTeehnhnološka svojstvaološka svojstva: Ispitivanje konzistencije: 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 BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA TTeehnhnološka svojstvaološka svojstva: : Ispitivanje konzistencijeIspitivanje konzistencije

Metoda sleganja (Slump – Method)

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Tehnološka svojstvaTehnološka svojstva: : Ispitivanje konzistencijeIspitivanje konzistencije

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)

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Tehnološka svojstva: Tehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencijeIspitivanje konzistencije

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 BETONA Faktori 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 BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Tehnološka svojstvaTehnološka svojstva: : KKonzistencijonzistencija a – (m– (mvv , D) , D)

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Tehnološka svojstvaTehnološka svojstva: : KKonzistencijonzistencija a – (– (TT, D), D)

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

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONATehnološka svojstvaTehnološka svojstva: : KKonzistencijonzistencija a – (Vrsta agregata, t)– (Vrsta agregata, t)

Promena konzistencije u funkciji proteklog vremena t nakon mešanja

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Tehnološka svojstvaTehnološka svojstva: : KKonzistencijonzistencijaa, m, mvv – Temperatura T– Temperatura T

Promena veličine sleganja Δh i količine potrebne vode W za 1 m3 svežeg betona (sa sleganjem Δh=7,5 cm), u funkciji njegove temperature TC

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA

Ostala svojstva: Zapreminska masaOstala svojstva: Zapreminska masaOdređuje 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,, / mkg

V

MM

V

M

k

kbk

k

svbsvb


Ostala svojstva: Ostala svojstva: Raslojavanje (Raslojavanje (segregacijasegregacija))

Shematski prikaz procesa raslojavanja nedovoljno koherentne sveže betonske

mešavine tokom zbijanja vibriranjem


Ostala svojstva: Ostala svojstva: KKohezivnostohezivnost

Fotografija koherentne sveže betonske mešavine nakon opita rasprostiranja


Ostala svojstva: Ostala svojstva: Čvrstoća mladih betonaČvrstoća mladih betona

Zavisnost čvrstoće svežih i “mladih” betona od vodocementnog faktora

0,1-0,3 MPa


Ostala svojstvaOstala svojstva: : Sadržaj zaostalog (uvučenog) vazduhaSadržaj zaostalog (uvučenog) vazduha ● Princip rada aparature na skici zasniva se na registrova- nju smanjenja zapremine zbijenog betona (snižavanje nivoa u kalupu) izloženog određenom pritisku● Pritisak se ostvaruje putem jednostavne vazdušne pumpe (1), a meri manometrom (2)● Pod pritiskom vazduha većim od atmosferskog dolazi do smanjenja zaprem. betona u kalupu● Aparat je izbaždaren tako da sniženje nivoa vode u cevi odgovara zapremini (u %) vazduha zaostalog u betonu nakon njegovog zbijanja (vibriranja) u kalupu

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Vreme vezivanja (ugradljivosti i obradljivosti)

betonskih smeša


betonskih smeša


betonskih smeša

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Vreme vezivanja (obradljivosti) betonskih smešaVreme vezivanja (obradljivosti) betonskih smeša


Ostala svojstvaOstala svojstva::Pritisak na oplatuPritisak na oplatu■ Vertikalni pritisak pv i horizontalni pritisak ph na oplatu, saglasno priloženoj 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 BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Ostala svojstvaOstala svojstva::PritisakPritisak na oplatuna 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


Ostala svojstvaOstala svojstva: Pritisak na oplatu: Pritisak na oplatu■ Kao što se sa priložene skice vidi, horizontalni pritisci svežeg betona na oplatu sa nagnutim stranama (α ≠ 900) dati su istim izrazima kao za pritiske na vertikalnu oplatu (preth. slajd)■ Vertikalni pritisci, saglasno donjoj skici: pb’= pb ; pc

’= pc ; pd’=10∙ b,sv∙hmax


Ostala svojstvaOstala svojstva: Temperatura svežeg betona: 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

SVOJSTVA SVEŽEG BETONASVOJSTVA SVEŽEG BETONA Ostala svojstvaOstala svojstva: Temperatura svežeg betona: Temperatura svežeg betona

Numerički primer: ma=1800 kg/m3; mc=400 kg/m3; mv=200 kg/m3:

200)4001800(2,0

200)4001800(2,0,

vca

svb

TTTT

)20080360(640

1, vcasvb TTTT

Ako je, npr. Tvazd= Ta = Tc= 400C, Tv= 240C (Sasvim realan slučaj za letnje uslove kod nas, kada je, npr. : temperatura

vazduha u hladu 32–33 0C, agregat u nepokrivenim otvorenim boksovima, na suncu, silos za cement takođe na suncu, a za spravljanje betona se koristi

voda iz obližnje reke ili jezera)Dobiće se: Tb,sv= 0,6875∙40+0,3125∙24=27,5+7,5=350C

(BAB 87, čl. 261: Za beton koji se ne ugrađuje pos. postupcima Tb,max=300C)

Šta uraditi? Iz uslova Tb≤300C Tv ≤ 1/0,3125 (30-27,5)=2,5/0,3125 = 80CDakle: Hladiti vodu na ≤ 80C! (Tablama leda, ili putem specijalnih Water Chiller –

a)

( 0C )

vcasvb TTTT 3125,0125,05625,0, ( 0C )

( 0C )

Documents

OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA