Duško Hinić(1)

OSOBINE SVEŽEG SAMOUGRAĐUJUĆEG (SCC) BETONA I METODE ISPITIVANJA

Rezime:

Osobine svežeg samougrađujućeg (scc) betona se delom razlikuju od osobina dosada, u praksi, uobičajenih betona. Razlog su sami zahtevi proistekli iz uslova ugradljivosti, obradljivosti, samozbijanja, fluidnosti, viskoziteta, odsustva segregacije i potrebe da se kroz izvesan period zadrže pomenute osobine svežeg scc betona. Sam sastav scc betona nameće potrebu da zbog prisustva pojedinih komponenti, koje izazivaju različite efekte u svežem betonu, nekim povoljnijim metodama budu utvrđena ponašanja samog betona u različitim vremenskim intervalima (spravljanje, transport, ugradnja ...). Tehnološka i reološka svojstva potrebna pri ugradnji moraju biti definisana u postupku prethodnih proba i na adekvatan način opisana kako bi na gradilištu primena bila pojednostavljena i bez potrebe za intervencijama. Pojedini konstruktivni elementi, položaj ugradnje i niz drugih faktora su dodatna komplikacija koja se mora uobziriti kao bitan uslov za kvalitet svežeg betona. Sama pojava scc betona nametnula je potrebu za iznalaženjem novih metoda ispitivanja pojedinih osobina svežeg scc betona.

Ključne reči: samozbijajući, samougrađujući, superplastifikator, fine čestice, modifikacija, obradljivost, segregacija, viskozitet

THE QUALITIES OF FRESH SELF-COMPACTING CONCRETE AND THE METHODS OF INVESTIGATIONS

Summary:

The features of fresh self-compacting concrete are quite different from the features of concrete which we have a chance usually to meet in practice. The reasons for that are demands which come from the conditions of constructing, modelling, self-compacting, fluidity, viscosity, the absence of segregations, and the need that through the certain period, already mentioned features of concrete are kept. The only composition of ssc-concrete obtrudes the need to determine an behaving of the concrete in different time intervals using some convenient methods, becuse of presence of some components which provoke different effects in the fresh concrete (transport, embedding, mixing...). The thecnological and the reologic conditions which are neccesery for embedding must be determined and described on the adequate manner during procedure in the previous probations in order to the use of it on the site is simple and without the need for intercede. The some elements of constructing, position of embedding and many other factors are additional complications which should be regarded as the important condition for the quality of the fresh concrete. The only need for scc concrete imposed the need for finding the new methods of investigations for individual features of fresh scc concrete.

Key words: Self-compacting, Self-placing Superplasticizer, Fine particles, Modification, Workability, Segregation, Viscosity

(1) Duško Hinić, dipl.inž.građ. Institut za građevinarstvo IG Banja Luka, e-mail: beton@teol.net, www.betonbih.com, www.concretebih.com

1. UVOD

Često se u građevinskoj praksi pojavljuju zahtevi za betoniranje pojedinih konstruktivnih elemenata u koje se, iz određenih razloga, ne može ugraditi beton uobičajenih osobina, odnosno uobičajenih postupaka ugradnje. Nekada je to u pitanju stanje konstruktivnog elemenata koji po svojoj geometriji, obliku, položaju u konstrukciji, količini armature i otežanim uslovima ugradnje nameće potrebu da se izvrše nekonvencionalna betoniranja. Potrebne osobine svježeg betona za uspešno betoniranje bi bile: samougradljivost, bez potrebe za vibriranjem, ugradnja bez segregacije, ostvarenje projektovanih osobina očvrslog betona. Pravim odgovorom na postavljene zahteve pokazao se samougrađujući beton (SCC).

Već duži period primena scc betona u praksi pokazuje dobre rezultate sa više aspekata: brzina ugradnje, smanjenje broja radnika pri ugradnji, osobine očvrslog betona, trajnost i povećanje opšteg kvaliteta izvedenih radova. Betoni koji se nazivaju samozbijajućim, odnosno samougrađujućim (Self Compacting Concrete), su betoni tekuće konzistencije, pri kojoj ne sme da dođe do segregacije [1]. Postojanje gusto armiranih čvorišta armature, nepristupačnih mesta u oplati, povećanih dimenzija elemenata nametnuli su zahtev za fluidnost betona koja ne sme imati segregaciju u bilo kojem obliku [2]:

- spoljnu segregaciju: izdvajanje krupnog agregata (aggregate settlement) iizdvajanje vode (bleeding)

- internu segregaciju: ravnomerna distribucija komponenata betona pri betoniranju

- segregaciju pri rasprostiranju: nepostojanje međusobnog uklještavanja zrna agregata i šipki armature

Da bi bili ispunjeni ovi zahtevi beton mora da ima određenu tiksotropnost.Tehnološki razvoj na polju hemijske industrije, koji je doveo do pojave aditiva

za beton sa novim hemijskim osnovama, omogućio je da se upotrebom superplasrtifikatora i modifikatora viskoziteta, kao i uz upotrebu mineralnih dodataka visoke finoće mliva (elektrofilterski pepo, zgura visokih peći, silikatna prašina, filer ...) ostvare ovakva svojstva betona.

Pri eksperimentalnim ispitivanjima pojedinih istraživača [3] osim uobičajenih metoda ispitivanja osobina svežeg betona primenjene su i inovirane metode ispitivanja čiji je prvenstveni zadatak da što primerenije definišu pojedinu karakteristiku betona i da odrede granice primenljivosti.

Da bi smo dobili željenu informaciju o postignutom kvalitetu betona ispitivanja u laboratoriji su od presudnog uticaja na uspeh u proizvodnji, transportu, ugradnji, kvalitetu očvrslog betona, kao i konstrukcije u celini.

2. IZBOR KOMPONENTNIH MATERIJALA I NJIHOV UTICAJ NA OSOBINE SVEŽEG SCC BETONA

2.1. USLOVI PROJEKTA I TEHNOLOŠKI ZAHTEVI

2.1.1. Osnovni zahtevi za kvalitet svežeg i očvrslog betona

Uobičajeni zahtevi za kvalitet svežeg betona su: konzistencija betona, sadržaj vazduha, temperatura mešavine, zapreminska masa te početak vezivanja betonske smeše.

Uobičajeni zahtevi za kvalitet očvrslog betona su: zapreminska masa, čvrstoća betona na pritisak i zatezanje, modul elastičnosti, kao i veličine skupljanja i tečenja.

Za utvrđivanje pojedinih osobina svežeg i očvrslog betona postoji niz različitih metoda koje su standardizovane i u kojima se precizno definiše predmet standarda,

područje primene, uzimanje uzorka, potrebna oprema za ispitivanje, postupak ispitivanja te ocena rezultata dobijenih ispitivanjem.

2.1.2. Posebna svojstva očvrslog betona

Uobičajeni zahtevi za posebna svojstva očvrslog betona su: vodonepropusnost, otpornost prema delovanju mraza, otpornost na hemijske agresije, te otpornost prema delovanju mraza i soli.

2.1.3. Zahtevana svojstva svežeg (scc) betona

Potrebne osobine svežeg scc betona su: tiksotropnost, fluidnost, viskoznost te odsustvo segregacije. Ovakav beton mora ujedno zadržati sve nabrojane perfomanse u trenutku ugradnje, u granicama tolerancije, koje omogućuju ugradljivost, samozbijanje, homogeni raspored sastojaka betona u matrici, popunjavanje nepristupačnih mesta u oplati, zapunjenost preseka betonom po celom preseku i ostvarenje zahtevanih osobina očvrslog betona.

Obzirom da se radi o osobinama betona koja nisu prisutna u uobičajenim betonima, nameće se potreba da se na adekvatan (univerzalan) način definišu pojedine osobine i svojstva kao i načini i metode njihovog ispitivanja.

2.2. UTICAJ KOMPONENTNIH MATERIJALA NA SVEŽ (SCC) BETON

2.2.1. Osnovni materijali

Opšte poznata stvar je da se za spravljanja uobičajenih betona upotrebljavaju osnovni materijali: cement, voda, frakcije i dodaci. U radovima japanskih istraživača [3] osim uobičajene primene agregata sa maksimalnim zrnom 20-25 mm dokazano je da je moguća primena i frakcija sa maksimalnim zrnom do 40 mm. Vodocementni faktori su najčešće manji od 0,4 tako da se sledstveno tome i postižu visoke čvrstoće betona [4]. Upotreba cementa visoke finoće mliva i čistih portland cemenata pokazuje da manje variraju osobine svežeg betona, dok kod cemenata sa dodacima osobine samih dodataka mogu dovesti u toku ugradnje potrebu za dodatnim intervencijama.

Laboratorijskim ispitivanjem se sa više kombinacija osnovnih materijala mogu otkriti potencijalno negativni uticaji u samim osnovnim materijalima. Osobine frakcija: oblik zrna, upijanje vode, granulometrijski sastav mešavine, količina ukupnih šupljina u agregatu i ostale fizičko-mehaničke i petrografske karakteristike su svaka na svoj način uticajne na osobine svežeg betona. Voda je generalno inertna na uticaj osim ako je prekomerno zagrejana i na taj način u startu povećava temperaturu svežem betonu.

2.2.2. Dodaci i aditivi

Nametanjem zahteva da beton ispuni uslove samozbijanja, samougradljivosti i ostalih potrebnih osobina, neminovna je primena superplastifikatora nove generacije (polimerne osnove), praškastih dodataka visoke finoće mliva kao i modifikatora viskoznosti. U samom početku izrade recepture i njenog sastava uputno je izvršiti nekoliko eksperimenata u kojima se na osnovu kombinacija raznih proizvođača aditiva, raznih tipova i klasa cementa, kao i praškastih dodataka, sa variranjem dozacija utvrđuju (izolovano) efekti komponenti međusobno. Ovo je potrebno jer uočavanjem da je za neku kombinaciju dobijen zadovoljavajući rezultat upućuje da za eventualni poremećaj konkretne uzroke treba tražiti u ukupnom sadejstvu svih komponenti. Praškasti dodaci, u zavisnosti od porekla i fizičko-mehaničkih karakteristika, su gradivni supstituent cementnoj reakciji u formiranju centara

kristalizacije [10] te se ispitivanjem fliudnosti cementne paste i relativne mere rasprostiranja dolazi se do optimalne kombinacije. Postizanjem adekvatne zapreminske mase pudera eliminišu se potencijalni uzroci segregacija [2]. U slučaju gubitka tiksotropnosti ili segregacije bilo koje vrste neminovna je primena modifikatora viskoziteta.

3. OSOBINE SVEŽEG SCC BETONA

Za projektovanje receptura postoji na raspolaganju nekoliko polu-empirijskih predloga raznih autora [3], [5], uputstva i preporuke pojedinih acosijacija za beton [6], [7], te uputstva samih proizvođača aditiva za beton [8].

U postupku izbora recepture za beton primenjuju se sledeći koraci:

- definisanje zahteva za beton- izbor materijala (cement, agregat, dodaci, aditivi)- izrada probnih mešavina (pilot probe, opsežnije probe)- postizanje osobina svežeg betona (fliudnost, rasprostiranje, savladavanje

prepreka ...)- ostvarenje projektovanih osobina očvrslog betona- probna proizvodnja na betonari- izrada modela konstruktivnog elementaU svim fazama beton mora imati zadovoljavajuće karakteristike a prema [7] tabelarno su date karakteristike, metode i merene veličine:

Tabela 1 – Svojstva i metode za ocenu sastava SCC beton prema [7]

Karakteristika test metoda merena veličinarasprostiranje/ popunjavanje

Slump-flow ukupno rasprostiranjeKajima box vizuelno popunjavanje

Viskoznost/rasprostiranje

T500 vreme rasprostiranjaV-funnel vreme rasprostiranjaO-funnel vreme rasprostiranjaOrimet vreme rasprostiranja

samoizravnanje

L-box koeficijent prolaznostiU-box visinska razlikaJ-ring ukupno rasprostiranje

Kajima box vizuelno samoizravnanjeotpornost na segregaciju

penetracija dubina utiskivanjasegregacija sijanjem procenat segregacijeizravnanje u cevima koeficijent segregacije

Osim ovih metoda u primeni su i metode Fill-box i GTM test [6]. Pogodne su za utvrđivanja potencijalnog blokiranja prolaza zrna agregata u prostoru zaprečenog šipkama i potencijalnoj segregaciji. Prikaz efekta blokiranja prema [11] dat je na sl. 1. U cilju određivanja uticaja različitih aditiva i doziranja može se usvojiti referentna receptura na osnovu koje će se sprovoditi korekcije.

Slika 1 – Blokiranje prolaza zrna (desno) u klasičnom betonu

Prema [7] izvršena je klasifikacija pojedinih parametara za neke metode sa granicama prihvatljivosti. Formirane klase za pojedine metode daju se u narednim tabelama 2, 3, 4 i 5 a prikazi aparature na slikama 2, 3, 4 i 5:

Tabela 2 – Klase za ocenu Slump-Flow metode SCC betona prema [7]

Klasa test metoda merena veličinaSF1

Slump-flow550 – 650 mm

SF2 660 – 750 mmSF3 760 – 850 mm

Slika 2 – Slump-Flow test - aparatura i merene veličine

Tabela 3 – Klase za ocenu viskoznosti Slump-Flow i V-funnel metode SCC betona prema [7]

Klasa test metoda merena veličina

VS1/VF1Slump-flow T500

V-funnel≤ 2 s≤ 8 s

VS2/VF2Slump-flow T500

V-funnel> 2 s

9 – 25 s

Slika 3 – V-funnel test – izgled i dimenzije aparature

Tabela 4 – Klase za ocenu Passing ability metode (L-box) SCC betona prema [7]

Klasa test metoda merena veličinaPA1

L-box≥ 0,8 (2 armature)

PA2 ≥ 0,8 (3 armature)

Slika 4 – L-box – izgled i dimenzije aparature

Tabela 5 – Klase za ocenu Segregation resistance metode SCC betona prema [7]

Klasa test metoda merena veličinaSR1

segregacija sijanjem ≤ 20 %

SR2 ≤ 15 %

4. LABORATORIJSKA ISPITIVANJA BETONA I IZRADA "T" NOSAČA

4.1 SASTAV BETONA

Za potrebe izrade glavnih nosača "T" preseka raspona 15 m mosta Rakovačke bare u Banja Luci izbor za scc beton je bio jednostavan jer su sledeći uslovi diktirali ugradnju: nedostatak radne snage, brzina izrade, estetski izgled te nedostatak opreme za vibriranje. Jednostavnim istovarom iz miksera beton je imao potrebnu fluidnost i samougradljivost tako da je betoniranje vremenski trajalo veoma kratko. Betoniranje je izvedeno istovarom betona iz miksera samo sa jedne strane nosača sl. 5.

Slika 5 – Betoniranje SCC betonom "T" nosača raspona 15 m za most Rakovačke bare u Banja Luci

U tabeli 6 daje se prikaz konačno usvojenih dozaža za recepturu pri čemu su upotrebljeni materijali za radne recepture SCC betona bili:

- dolomitni filer 200 μ, Japra Novi Grad - superplastifikator Dynamon SX, Mapei Italija- modifikator fluidnosti Viscofluid SCC, Mapei Italija- drobljene i sijane frakcije - Našicecement: CEM I 52,5 N- Dalmacijacement: CEM I 42,5 R,

Tabela 6 – Dozaže za SCC 45

datum izrade

cementfiler

(dolomit)kg/m3

pesakagregat Superplast frakcije

Tip kg/m3 Dynamon SX

(MAPEI)

0-4 4-8 8-16

24.03.06.Našice 52,5 N

430 200 Vrbasrečni Vrbas

4,0 740 450 450

07.04.06.Dal.

42,5 R430 200 Ševar

rečni Vrbas

4,0 740 450 450

19.07.06.Našice 52,5 N

430 200 Ševarrečni

droblj.4,0 740 450 450

4.2 ISPITIVANJE KARAKTERISTIKA SCC BETONA

4.2.1 Ispitivanje svežeg scc betona

Ispitivanja na svežem betonu su pokazala da su prisutna variranja pojedinih parametara za različite cemente koji se može dovesti u vezu sa potrebom za vodom i različitim količinama uvučenog vazuha.

Tabela 7 – Rezultati ispitivanja svežeg SCC 45 – uzorci sa gradilišta

datum izrade

cementV

levakSlump-Flow

L-boxuvučeni vazduh

bs

Tip kg/m3 (s) (cm) % kg/m3

24.03.06.Našice 52,5 N

430 8 68 0,85 2,5 2371

07.04.06.Dal.

42,5 R430 7 71 0,86 2,1 2343

19.07.06.Našice 52,5 N

430 9 65 0,83 2,4 2356

4.2.2 Ispitivanje očvrslog scc betona

Ispitivanja na očvrslom betonu imaju variranja u konačnim čvrstoćama na 28 dana kao i porast čvrstoća na 45 i 60 dana. Razlike u čvrstoćama potiču od različitih klasa cementa kao i od količina dodane vode. Rezultati pokazuju porast čvrstoća nakon perioda posle 45 dana iz razloga polimerne faze [9]. Prikaz rezultata dat je u tabeli 8.

Tabela 8 – Rezultati ispitivanja očvrslog SCC 45 – uzorci sa gradilišta

datum izrade

cementpesak

agregat Superplast bs

kg/m3

Pritisne čvrstoće (Mpa)

Tip kg/m3

Dynamon SX (MAPEI)

3 7 14 28 45 60

24.03.06.Našice 52,5 N

430 Vrbasrečni Vrbas

4,0 2348 43 55 61 67 69 71

07.04.06.Dal.

42,5 R430 Ševar

rečni Vrbas

4,0 2339 - 43 - 54 - -

19.07.06.Našice 52,5 N

430 Ševarrečni

droblj.4,0 2347 - 52 - 59 - -

5 RAZLOZI PRIMENE SAMOZBIJAJUĆEG BETONA

Najčešći razlozi primene SCC betona su gusto armirani preseci, nemogućnost vibriranja, komplokovana geometrija preseka, pojeftinjenje radova ili skraćenje roka izgradnje. Pri izradi konstruktivnih elemenata livenih na licu mesta kao i u prefabrikaciji SCC beton se zbog svoje jednostavnosti pri ugradnji sve više nameće kao rešenje. Komplikacija koju stvara ubacivanje praškastih dodataka svakako će biti predmet razmatranja tehničkog rešenja, za proizvođače betonara, koje treba da pojednostavi doziranje u mešače.

U svetu su do sada urađeni impozantni objekti kao što su: Akaši most u Japanu, rezervoar za LNG kompaniju u Japanu, sanacija mosta te izrada ankernog bloka za most Zaltbomel u Holandiji, stub Shoping centra "Midsamer Place", te uveliko u prefabrikaciji kao što je u kompaniji "Al Meraikhi".

Uvažavajući činjenicu da na širem prostoru postoji potreba za sanacijama i rekonstrukcijama postojećih objekata primena SCC kao mogućeg rešenja je sve izvesnija. Ojačavanja stubova, greda i ploča koje su do sada rađena sa karbon trakama i platnima u skorije vreme će imati i varijantno rešenje sa SCC iz razloga mogućnosti primene istog.

6 ZAKLJUČAK

Sve veća primena, iskustva i teorijska napredovanja kao i naučno istraživački rezultati omogući će konstrukterima da budu slobodniji u izboru i primeni SCC kao materijala novijeg doba. Praćenjem stanja izvedenih konstrukcija u SCC betonu te pravilnog tumačenja uzroka i posledica u eksploataciji svakako će doprineti bržem tehnološkom razvoju u novoj stranici betonskih konstrukcija.

LITERATURA

[1] Simpozijum o istraživanjima i primeni savremenih dostignuća u našem građevinarstvu u oblasti materijala i konstrukcija, Zbornik radova, XXIII Kongres Novi Sad, JUDIMK 2005

[2] Samozbijajući beton – beton 21. veka, Sekula Živković, Savremena teorija i praksa u građevinarstvu, I Naučno stručni skup, Banja Luka, 2005, Zavod za izgradnju Banja Luka

[3] Self-Compacting Concrete-Development, Aplication and Investigation, Ouchi M., Kochi University of Tehnology, Japan, 1998

[4] Betonske konstrukcije / I. Tomičić,DHGK, Stručna biblioteka, Zagreb, 1996

[5] Applications of Self-Compacting Concrete in Japan, Europe and the United States,Ouchi, Nakamura, Kochy University of Tehnology, Japan, 2003

[6] Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete, EFNARC, February,2002

[7] The European Guidelines for Self-Compacting Concrete, Specification,Production and Use, EFNARC,ERMCO, May 2005

[8] Self-Compacting Concrete, Katalog firme MAPEI, Italija

[9] Predavanja Sanacija konstrukcija, V. Radonjanin, FTN Novi Sad, 2006

[10] Concrete in different view, Dragomir Krsnik, Split, 1999

[11] Guidelines, Task 9, End Product, Lars Goran, Brite EuRam Proposal, 2000