Reoloka svojstva ovrslog betona i trajnost

Predavanje, 20.11.2012.

Pripremili:Doc.dr. Merima ahinagi-Isovi

Asis. Marko eez

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betona

Osnovne reloke karakteristike betona su:z Skupljanje betonaz Teenje betonaz Relaksacija naponaz Relaksacija napona

Zavise od uea cementnog kamena u makrostrukturi betona, te od mikrostrukture samog cementnog kamena

Parametri koji utiu: vrsta i koliina cementa vodocemnetni faktor granulometrijski sastav agregata uslovi sredine (temperatura i vlanost) nain ugraivanja i njege dimenzije betonskih elementa i dr.

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Skupljanje betona Tri komponente skupljanja su:a) skupljanje usljed kontrakcije produkata hidratacije (hidrataciono skupljanje)b) skupljanje usljed isparavanja vode tokom perioda vezivanja cementa

(plastino skupljanje)c) skupljanje nakon zavretka procesa vezivanja (hidraulino skupljanje)

Pl i k lj jPlastino skupljanje

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betona Plastino skupljanje

nije od znaaja za naponska stanja konstukcije Hidrataciono i hidrauliko skupljanje (zbirni efekt)

utiu na naponska i deformaciona stanja konstrukcija Hidraulino skupljanje se odvija dok se ne uspostavi ravnotea izmeu

l ti di i l ti b tvlanosti sredine i vlanosti betona Vlanost betona je funkcija hidratacije cementa, F(kapilarne poroznosti) kriva 1 kondicionirani termohigrometrijski uslovi

k i 2 lj j di kriva 2 spoljanja sredina

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Skupljanje betona komparateri, deformetri, ekstenzometri JUS U.M1.029: 2h/a4, a4D (3 uzorka) 24h, T= 20C, RH= 90% (u kalupima) 48h u pijaoj vodi, T= 20C nakon 72h vade se iz vode i izlau termohigrometrijskim uslovima

(T=20C, RH= 40, 70 ili 90%) nulto oitavanje 72h mjerenja nakon 4 7 narednih 7 dana ne manje od 3 mjeseca mjerenja nakon 4, 7, narednih 7 dana, ne manje od 3 mjeseca

2 bm

b

AdO

=

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Skupljanje betona

Relativna vlanost sredine

Srednjadebljina presjeka

Zavisnost skupljanja betona od vremena b(t)/bVrijeme t poslije prestanka njegovanja betona (dani/godine)

sredine(%) elementa dm (cm) 7 14 28 90 365 3 g.

10 0,20 0,28 0,38 0,60 0,85 0,95

40%

, , , , , ,

20 0,10 0,15 0,23 0,40 0,68 0,88

40 0,05 0,07 0,10 0,20 0,45 0,73

70%

10 0,16 0,23 0,30 0,50 0,75 0,90

20 0,08 0,13 0,18 0,30 0,58 0,83

40 0,03 0,05 0,08 0,15 0,35 0,63

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Teenje betona

ureaji na principu opruge ili na principu poluge ureaji na principu opruge ili na principu poluge Dva karakteristina sluaja:

stabilizacija procesa teenja (mali naponi-radni naponi,deformacije tee nekoj konanoj vrijednosti)nekoj konanoj vrijednosti)

ne dolazi do stabilizacije procesa (veliki naponi-20-30% manji od vrstoe pri karatkotrajnom optereenju,lom uzorka)

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Linearno teenje betona JUS U M1 027: (0 3-0 5)f linearno teenje JUS U.M1.027: (0,3-0,5)fp linearno teenje 9 uzorka:

3 uzorka za mjerenje skupljanja s(t)(a) 3 uzorka za odreivanje f (b) 3 uzorka za odreivanje fp ( b ) 3 uzorka za mjerenje ukupnih deformacija (t) pod konstantnim

naponom k (c) nulto oitavanje 72h (a i c), a zatim nakon 4, 7, narednih 7 dana, ne nulto oitavanje 72h ( a i c ), a zatim nakon 4, 7, narednih 7 dana, ne

manje od 3 mjeseca u vremenu tk (b), konstantan napon kfp/3

( ) ( ) ( ) ( ),te k s elt t t t t = ( ) ( ),te kt tt t ( ) ( )( ), k elt t t =

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Linearno teenje betona

mlai betoni imaju vee deformacije teenja mlai betoni imaju vee deformacije teenja

PBAB 87: cca T=20CStarost

betona uOdnosi koeficijenata teenja betona u trenutku vremena t i

konane vrijednosti koeficijenata teenja (t,tk)/betona u trenutku

optereenja tk (dani)

j j j ( k) Trajanje optereenja (t-tk) (dani/godine)

7 14 28 90 365 3 g.

7 0 25 0 30 0 38 0 53 0 73 0 857 0,25 0,30 0,38 0,53 0,73 0,85

28 do 90 0,15 0,23 0,30 0,48 0,68 0,83

365 0,10 0,18 0,25 0,43 0,56 0,80

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Linearno teenje betona Trenutna povratna deformacija (t ) ( ) ( ) ( ) ( )ak kt t t t = = > Trenutna povratna deformacija el(tk2) Tzv. povratno teenje betona-reverzibilna viskoelastina deformacija Ireverzibilna viskoplastina deformacija

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 1 21 2, a ,el k el k el k el kk kt t t tE t E t = = >

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Linearno teenje betona PBAB 87: cca T=20C

Starost betona u trenutku

optereenja tk(dani/godine)

Srednja debljina presjeka

elementa dm(cm)

Konane vrijednosti teenja nearmiranog betona Relativna vlanost sredine (%)

40% 70% 90% u vodi

10 4,3 3,1 1,7

720 4,1 2,9 1,6

1,440 3,8 2,7 1,6

14

10 4,0 2,9 1,6

1,320 3,8 2,7 1,5

40 3,6 2,5 1,5

28

10 3,7 2,6 1,6

1,320 3,6 2,6 1,5

40 3,4 2,5 1,4

10 2 7 2 0 1 3

90

10 2,7 2,0 1,3

1,220 2,8 2,1 1,3

40 2,9 2,1 1,3

365

10 1,7 1,3 1,0

1,020 1,8 1,4 1,1

40 2,0 1,5 1,1

3 godine

10 0,9 0,8 0,7

0,820 1,1 0,9 0,8

40 1,2 1,0 0,8

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Relaksacija napona Osnovni postulat: konstantna deformacija (u=const ) Osnovni postulat: konstantna deformacija (u=const.) betonski, AB, prenapregnuti nosa sa prepustima (savijanje) reguliemo silu P=P(t), odreujemo napone kod oslonca neposredno uz

prepust (B)prepust (B) Zavisi od:

poetnog napona 0 starosti betona u vrijeme apliciranja napona 00 temperature i relativne vlanosti sredine sastava betona

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Relaksacija napona

( ) ( ) ( )100 100%t P tk

=1,0 (ist beton)

Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Reoloki model betona Deformacije: elastine plastine i viskozne Deformacije: elastine, plastine i viskozne Brzina prolaza ultrazvunih talasa (skraenje vremena prolaza ultrazvuka) e (granica elastinog ponaanja) (gornja granica plastinih deformacija max vrijednost Poasonovog v (gornja granica plastinih deformacija, max. vrijednost Poasonovog

koeficijenta 0,5)

(1) elastini elementi (1) elastini elementi (2) optereenje od trenja (3) viskozni element

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcija

z Reoloki model betona (1) elastini elementi (1) elastini elementi (2) optereenje od trenja (3) viskozni element

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Korozija zavisi od:

Karakteristika predmetne sredine Unutranje otpornosti materijala (betona i elika):

Hemijske fizike i mineroloke karakteristike agregata Hemijske, fizike i mineroloke karakteristike agregata Hemijske, fizike i mineroloke karakteristike cementa Zavisnost izmeu sastava betonske mjeavine i svojstava svjeeg

betonabetona Makro i mikrostruktura ovrslog betona Eventualni defekti i nehomogenost strukture betona Mehanizam korozije elika i korozine otpornosti pojedinih vrsta elika Mehanizam korozije elika i korozine otpornosti pojedinih vrsta elika

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcija

z Koroziona otpornost agregata

funkcija genetskog tipa stijenskog masiva: kamen magmatskog porijekla (granit, sijenit, gabro, bazalt, andezit) kamen sedimentnog porijekla (krenjaci dolomiti pjeari) kamen sedimentnog porijekla (krenjaci, dolomiti, pjeari) kamen metamorfnog porijekla (kvarcit,mermeri)

aspekt tzv. alkalno-agregatnih reakcija u ovrslom betonu: alkalno-silikatna alkalno-karbonatna (dolomitna) reakcija

proces vrlo spor (vei niz godina), manifestuje se u obliku p p ( g ) jpotpunog raspadanja betona

kod nas nema ovih pojava, koristi se cement sa dodacima (ne isti PC)

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Koroziona otpornost agregata Karakteristika nekih vrsta prirodnog kamena

V kKarakteristika Vrsta kamenaGranit Gabro Andezit Bazalt Krenjak Dolomit Pjear Kvarcit MermerZapreminska masa (kg/m3)

2500-2800

2700-3200

2200-2700

2600-3000

1800-2800

1800-2700

2000-2900

2600-2700

2800-2900

Poroznost (%) 0,2-3,5 0,3-1,5 0,5-5,5 0,1-1,0 0,4-2,0 0,5-20 1,0-18 0,1-0,5 0,4-2,0

Upijanje vode (%) 0,1-0,5 0,1-1,0 0,1-0,5 0,1-0,5 0,5-4,0 0,5-4,0 0,5-4,0 0,1-0,5 0,1-0,5

Skupljanje bubrenje (%) zanem-arljivo zanem-arljivo zanem-arljivo zanem-arljivo do 0,1 0,1-0,2 do 0,07 zanem-arljivo zanem-arljivo

vrstoa pri pritisku (MPa) 100-250 150-250 80-220 100-200 15-200 100-200 30-300 250-400 60-600

Otpornost na habanje po Beme-u (cm2/50 cm2)

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Koroziona otpornost cementnog kamena

Tri osnovna oblika: Tri osnovna oblika:(1) Rastvaranje i ispiranje kalcijumhidroksida (korozija usljed

djelovanja mekih voda)Ob j l k t lji ih j di j j i d j t h ij kih(2) Obrazovanje lakorastvorljivih jedinjenja pri meudejstvu hemijskih agenasa i cementnog kamena-rastavranje dobijenjih jedinjenja i njihovo ispiranje (kiselinska i magnezitna korozija, korozija usljed djelovanja mineralnih ubriva)j j j )

(3) Obrazovanje u porama cementnog kamena takvih jedinjenja koja zauzimaju vei prostor od polaznih supstanci-izaziva pojavu unutranjih napona u cementnom kamenu i destrukciju njegove t kt ( lf t k ij i lk l t k ij )strukture (sulfatna korozija i alkalno-agregatna reakcija)

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Fizika korozija: Fizika korozija:

Erozija: povrina betona izloena mehanikim djelovanjima (na vazduhu ili u vodi)

Kavitacijai k j b t d ti j d povrinsko razaranje betona pod uticajem vode

Razaranje pod dejstvom mraza: nekompatibilnost koeficijenata termike dilatacije cementnog kamena i agregata smrzavanje vode i ekspanzija leda u kapilarnim porama cementnog kamenaR j d d j t i li Razaranje pod dejstvom mraza i soli: NaCl (kuhinjska so), CaCl2, tzv. osmotski pritisak

Razaranje pod dejstvom visokih temperatura: do 100C gubi se slobodna kapilarna voda do 400C gubi se fiziki vezana voda (apsorbovana)-gelska voda preko 400C gubi se hemijski vezana voda koja ulazi u sastav hidrosilikata,

hidroaluminata, hidroferita kalcijuma (osnovnih hemijskih konstituenata cementnog kamena)

Hemijska korozija Korozija armature u betonu

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Hemijska korozija: Hemijska korozija: Prema PBAB opisno se izraava:

slaba za elemente u unutranjosti objekta koji nisu izloeni vlazi, atmosferskim i korozionim uticajima;atmosferskim i korozionim uticajima;

srednja za elemente koji su izloeni vlazi, atmosferskim i korozionim uticajima;

jakaza elemente koji su izloeni jaim korozionim uticajima, j j j j ,tenim ili gasovitim, ukljuujui i neposredan uticaj morske vode i vazduha u blizini mora.

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Hemijska korozija Hemijska korozija

Faktor agresivnostiAgresivnost sredine

slaba srednja jakaH ij d t 6 5 5 5 5 5 4 5 1000

Sadraj jona NH4+ (mg/l) 15-30 30-60 >60

Sadraj jona Mg2+ (mg/l) 100-300 300-1500 >1500Sadraj jona SO42- (mg/l) 200-600 600-3000* >3000*Sadraj jona SO4 (mg/l) 200 600 600 3000 >3000

Ukupan sadraj rastvorenih soli (g/l) 10-20 20-50 >50

* Treba obavezno koristiti sulfatnootporne cemente

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Hemijska korozija Hemijska korozija

Neorganske kiseline Organske kiseline Ostala organska jedinjenjaslina po djelovanju Sumporna, sumporasta, Mlijena, siretna, humusna: Alkoholi: metil, etil i propil azotna, hlorovodonina: jako agresivne u svim koncentracijama

Fosforna fluorovodina:

jako agresivne

Teninska i mravlja: slabo agresivne

jako, glicerol i glikol - srednje agresivni

eer: slabo do srednje agresivni (u zavisnosti odFosforna, fluorovodina:

srednje agresivne (obino na povrini betona formiraju tanak sloj produkata korozije koji titi unutranjost mase)

Vinska i oksalna: neagresivneagresivni (u zavisnosti od temperature, viskoziteta i koncentracije)

Fenolna kiselina: slabo i

Ugljena: agresivnost zavisi od koncentracije

Sumporvodonik: slabo

agresivna

Aldehidi: sami po sebi neagresivni, ali pomjeani sa formaldehidima daju mravlju p

agresivanj j

kiselinu koja je slabo agresivna

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Hemijska korozija Hemijska korozija

Organske soliNeorganske soli

Anjoni Katjoni

Najee predstavljaju viskozne Sulfati i sulfidi: jako agresivni Magnezijum: jako agresivanNajee predstavljaju viskozne produkte biljnog ili ivotinjskog porjekla. Reaguju sa Ca(OH)2 i obrazuju Ca soli masnih kiselina ili odreene vrste sapuna. A i t i l ih lj i

Sulfati i sulfidi: jako agresivni

Nitrati: srednje do jako agresivni (amonijumnitrat)

K b ti ilik ti i fl idi

Magnezijum: jako agresivan. Pojaava intezitet sulfatne korozije

Aluminijum: nitrati, hloridi, sulfati i lfidi j k i iAgresivnost mineralnih ulja i

masti zavisi od viskoziteta, odnosno od mogunosti penetriranja u porni sistem betona. Temperatura utie kako

Karbonati, silikati i fluoridi: neagresivni

Fosfat: generalno neagresivni; pojedini reaguju kiselo, pa se

i sulfidi jako agresivni, karbonati, oksalati i fluoridi -neagresivni

pna sniavanje viskoziteta, tako i na same hemijske reakcije. Koroziona otpornost betona se obezbjeuje visokom kompaktnou i primjenom

p j g j , pbeton od njih mora posebno tititi

Hloridi: posebno visku agresivnost ispoljavaju premakompaktnou i primjenom

cemenata sa viim sadrajem pucolanskih dodataka.

agresivnost ispoljavaju prema armaturi eliku u okviru konstrukcije od armiranog i prednapregnutog betona

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Korozija armature u betonu o o ja a atu e u beto u

Hemijska i elektrohemijska korozija (proces korozije elika u betonu) Alkanost sredine Ca(OH)2-antikorozivna zatita elika u betonu Oblici korozionih razaranja:

a)povrinska ravnomjerna b)povrinska neravnomjerna c)mjestimina plitka a)povrinska ravnomjerna, b)povrinska neravnomjerna, c)mjestimina-plitka, d)mjestimina-duboka, e)takasta, f)slojevita, g)selektivna, h)meukristalna, i)transkristalna

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Korozija armature u betonu o o ja a atu e u beto u

Zatitni slojevi betona i struktura betona

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Korozija armature u betonu o o ja a atu e u beto u t0ts

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Fiziko-mehaniki i tehnoloki faktori trajnosti betona

Zapreminska masa (gustina): Zapreminska masa (gustina): najpovoljniji granulometrijski sastav (optimalna upakovanost zrna) dovoljna koliina cementa i estica sitnijih od 0,25mm manje koliine vode (nie vrijednosti v/c faktora) manje koliine vode (nie vrijednosti v/c faktora)

Zahtjevana marka betona (MB) Minimalna zapreminska masa svjeeg ugraenog betona (kg/m3)50 2450

40 2400

30 2350

20 2300

Upijanje vode, F(p): Dvije osnovne metode:

Metoda postupnog potapanja (nakon 48h zasienost od 90%) Metoda kapilarnog upijanja (visina kvaenja i koliina upijene vode)

Upijanje ne bi trebalo da je vee od 5%, betoni sa v/c=0,40-0,50

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Fiziko-mehaniki i tehnoloki faktori trajnosti betona Vodopropustljivost: koeficijent filtracije kf St t d i k ( / ) Vodopropustljivost: koeficijent filtracije kf Trajnost zadovoljavajua:

JUS U.M1.015: V6, (mostovi V8) DIN 1048: h

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Fiziko-mehaniki i tehnoloki faktori trajnosti betona

Otpornost na dejstvo mraza: Otpornost na dejstvo mraza: Trajnost zadovoljavajua:

JUS U.M1.016: M100, (mostovi M150)Klimatski uslovi

na lokaciji graenja betonske

konstrukcije

Broj naizmjeninih promjena nivoa vode u kontaktu sa povrinom betona, odnosno broj ciklusa naizmjeninog

smrzavanja i odmrzavanja u toku jednog zimskog perioda

do 50 50-75 75-100

H t

Umjereni M 50 M - 100 M 150

Surovi M - 100 M 150 M - 200

Homogenost: Defekti u strukturi betona:

depovi ispod zrna agregata nastavci betoniranjaj mjesta segregacije i sl.

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Fiziko-mehaniki i tehnoloki faktori trajnosti betona

Prsline: Prsline: najizrazitijiji strukturni defekti i diskontinuiteti veliine otvora

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Fiziko-mehaniki i tehnoloki faktori trajnosti betona

Prsline: Prsline: Uzorak nastanka Vrijeme nastanka Manifestacije Napomene

Slijeganje (sjedenje) svjeeg betona Prvih nekoliko sati

Prsline du linija pruanja armature i prsline na mjestima

j blik j k

Prsline mogu da budu sa velikim otvorima i vrlo jako i (1 2 )promjene oblika presjeka izraene (1-2 mm)

Plastino skupljanje Prvih nekoliko sati po ugraivanju

Pojava mreastih ili jednosmjerno orjentisanihprslina na povrinama elementa koji se ne njeguju dovoljno intenzivno

Prsline mogu da dosegnu i veliine 2-4 mm

dovoljno intenzivno

Termika naprezanja u mladom betonu

Prvih nekoliko dana po ugraivanju

Prsline prouzrokovane sprijevanjem rada elementa (na primjer na spojevima zidova)

Mogunost pojave prslina(max. 1 mm) moe se umanjiti regulisanjem toplotnog reima i primjenom odgovarajue armature

Skupljanje Ne vie od nekoliko mjeseci po ugraivanju Slino prslinama u elementima od savijanja ili zatezanja

Prsline su obino male ukoliko je element odgovarajue armiran (do 0,5 mm)

Prsline su male ukoliko je konstrukcija korektno

Optereenja tokom eksploatacije

Zavisno od uslova eksploatacije

Linije prslina su upravne na pravce djelovanja glavnih napona zatezanja

konstrukcija korektno projektovana; vee orsline su indikacija neslaganja izmeu projektovanog i eksploatacionog stanja

Trajnost betona i betonskih konstrukcijaz Uslovi kvaliteta i osnovni kriterijumi za izbor sastav betona s

obzirom na agresivnost sredine Vea trajnost: spoljanja zatita i efikasno odravanje

Vrsta konstrukcije Oekivani ivotni vijek (god)

Aerodromske piste 30-50

Mostovi 100

Brane 50-100

Stambene zgrade 60

Luke 80

Industrijski objekti 25-50

Administrativni, trgovaki i drugi slini objekti 50 100

Nema propisanih metoda, niti preciziranih kriterijuma

Stepen agresivnosti sredine Uslovi kvaliteta i zatite betona

Sredina se ne smatra agresivnom Samo MB

Administrativni, trgovaki i drugi slini objekti 50-100

g

Slabo agresivna sredina MB, VDP5 cm, M-100, minimalna koliina cementa 300kg/m3,

maksimalan vodocementni faktor 0,55

Srednje agresivna sredinaMB, VDP3 cm, M-150, minimalna koliina cementa 350kg/m3, maksimalan vodocementni faktor 0,50, laka zatita vodonepropustljivim premazima zatitni sloj armature 4 cmvodonepropustljivim premazima, zatitni sloj armature 4 cm

Jako agresivna sredina

MB, VDP3 cm, M-200, minimalna koliina cementa 380kg/m3, maksimalan vodocementni faktor 0,45, skupljanje ne preko 0,35 mm/m, intenzivna zatita vodonepropustljivim materijalima, zatitni sloj armature 4-5 cm

Slijedee predavanje:

PROJEKTOVANJE SASTAVA BETONA