Бетон
СВОЈСТВА ОЧВРСЛОГ БЕТОНА
Својства очврслог бетона су у општем случају функција веома
великог броја различитих утицајних фактора. Она зависе од
карактеристика примењених компонената, од квалитативних односа
компонената у маси бетона, од низа технолошких фактора итд.
Структура бетона се формира као резултат процеса хидратације
цемента. Време за које ће се формирати структура очврслог бетона
зависи од водоцементног фактора, количине и финоће млива цемента,
од својстава агрегата, поступака термичке обраде бетона.
Макроструктура бетона се сагледава кроз однос агрегата и цементног
камена – постоји три типа структуре (слика 1).
Слика 1. Макроструктура бетона
Код структуре типа 1 зрна агрегата су на знатним међусобним
растојањима и њихово међудејство не постоји. Зрна агрегата утичу на
делове цемнтног камена са којима су у додиру. У структури 2,
цементни камен испуњава празне просторе између зрна. Зоне дејства
појединих зрна агрегата се преклапају. Код структуре типа 3 постоји
мањак цементног камена који само делимичо испуњава простор између
зрна агрегата.
Микроструктура очврслог бетона се односи на унутрашњу структуру
цементног камена и агрегата и њихову порозност. Контактни слој
агрегата и цементног камена се назива транзитна зона (обично износи
2-3 пречника зрна цемента) и има нешто другачије карактеристике.
Калцијум – хидроксид се депонује на површинама зрна агрегата, делом
кристалише, а делом прелази у калцијум – карбонат. Продукти који
настају на површинама зрна агрегата остварују везу између зрна
агрегата и цементног камена. Чврстоћа остварене везе зависи од
природе агрегата и његове порозности, храпавости зрна агрегата,
чистоће површина зрна, адхезије (привлачна сила између зрна
агрегата и цементног камена), водонепропустљивости.
ЧВРСТОЋА БЕТОНА ПРИ ПРИТИСКУ
Чврстоћа бетона при притиску је просечан напон у узорку
изложеном аксијалном притиску при сили лома за случај одређене
старости бетона. Испитује се на узорцима облика коцке, призме или
цилиндра. Испитивање се врши на хидрауличкој преси, при чему се на
бетонски узорак наноси аксијална сила притиска са прираштајем од
0.6 0.4 MPa управно на правац уграђивања бетона. Чврстоћа при
притиску се срачунава према обрасцу: fp,b = Fp/A [MPa] где је Fp
сила слома узорка у kN, А површина на коју делује сила у cm2.
Марка бетона је номинална чврстоћа бетона при притиску изражена
у MPa која се добија испитивањем бетонских коцки ивице 20 cm при
старости 28 дана и фрактилу од 10% - Правилник за бетон и армирани
бетон (ПБАБ 87). Доказивање марке бетона се врши по партијама које
садрже 3-30 бетонских тела, у складу са програмом контроле, а према
једном од следећа три критеријума:
Критеријум 1 (број испитаних узорака је између 3 и 15)
fpb,sr ≥ MB + k1; fpb,min ≥ MB – k2
где je k1=k2=3 MPa за уходану производњу, односно k1=4 MPa и
k2=2 MPa за време уходавања производње; fpb,sr – аритметичка
средина свака три узастопна резултата испитивања у MPa; fpb,min –
најмања вредност у оквиру свака три узастопна резултата испитивања
у MPa.
Критеријум 2 (број испитаних узорака је између 10 и 30)
Да би се применио овај критеријум, мора бити позната још и
стандардна девијација (σ) која се израчунава на основу појединачних
вредности раније испитаних чврстоћа при притиску бетонских тела
(најмање 30) исте врсте бетона.
fpb,sr ≥ MB + 1.2σ; fpb,min ≥ MB – 4 MPa
где је fpb,sr – аритметичка средина свих резултата испитивања
чврстоће при притиску у MPa; fpb,min – најмања вредност у оквиру
свих резултата испитивања чврстоће при притиску у MPa; σ –
стандардна девијација која се израчунава према обрасцу: , где је
fpb,i вредност сваке поједине чврстоће у партији од n0 резултата
ранијих испитивања.
Критеријум 3 (број испитаних узорака је између 15 и 30)
Користи се у случају када не постоје резултати ранијих
испитивања исте врсте бетона, па се рачуна са процењеном
стандардном девијацијом Sn од n резултата предметних
испитивања.
fpb,sr ≥ MB + 1.3 Sn; fpb,i ≥ MB – 4 MPa
где је: , fpb,min – најмања вредност у оквиру свих резултата
испитивања чврстоће при притиску у MPa; fpb,i вредност сваке
поједине чврстоће у партији од n резултата предметног
испитивања.
Према европској техничкој регулативи, уместо марке бетона се
користи појам класе чврстоће бетона (ознака C која се – Compressive
Strength Class) која се добија или испитивањем бетонских цилиндара
(пречника 15 cm, висине 30 cm), или испитивањем бетонских коцки
ивице 15 cm, при старости од 28 дана и фрактилу од 5%. У табели 1
је дата веза између одговарајуће класе чврстоће бетона и марке
бетона.
Табела 1. Веза између марке и класе бетона
MB
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
C
8/10
12/15
16/20
20/25
25/30
30/37
35/45
35/45
40/50
45/55
50/60
Поред класа чврстоће које су дате у табели 1, стандард SRPS EN
206-1 дефинише и класе чврстоће С55/67, С60/75, С70/85, С80/95,
С90/105 и С100/115.
ЧВРСТОЋА БЕТОНА ПРИ ЗАТЕЗАЊУ
Одређивање чврстоће бетона при затезању је нешто сложеније, због
тога што је у реалним условима тешко обезбедити хомогено стање
затезања узорака. Ово својство бетона доста зависи од стања
површине агрегата. Код дробљеног агрегата је већа адхезија између
зрна агрегата и цементног камена у односу на адхезију речног
агрегата и цементног камена, тако да бетони са дробљеним агрегатом
имају већу чврстоћу при затезању. Чврстоћа бетона при затезању
зависи и од садржаја цемента, водоцементног фактора, технолошких
поступака справљања, уграђивања и неге бетона. Са повећањем
садржаја цемента, чврстоћа бетона при затезању се повећава у мањој
мери у односу на чврстоћу при притиску и мање опада у случају
повећања водоцементног фактора. Након 28 дана бетон достиже око 80%
коначне чврстоће при затезању.
Испитивање се врши директним аксијалним затезањем, цепањем путем
линијског притиска и савијањем.
Осим наведених, испитују се још и чврстоћа бетона при чистом
смицању, чврстоћа бетона при сложеним напонским стањима и чврстоћа
бетона при динамичком оптерећењу.
ВОДОНЕПРОПУСТЉИВОСТ БЕТОНА
Зависи од степена хидратације, порозности, структуре пора и
својстава цемента и агрегата. СРПС У.М1.015:1998: узорци старости
веће од 28 дана се излажу дејству воде под притиском (48х – 1бар,
24х – 3 бара, 24х – 7 бара), а затим ломе и утврђује дубина продора
воде. Према стандарду из 1978. године дефинише се помоћу марки
(V-2,V-4,V-6,V-8,V-12) (2,4,6,8,12 је притисак у барима при коме не
сме доћи до појаве влаге на горњој површини бар пет од шест
епрувета).
ОТПОРНОСТ ПРЕМА ДЕЈСТВУ МРАЗА
Отпорност према дејству мраза подразумева способност бетона да у
стању засићености водом поднесе вишекратно смрзавање и одмрзавање.
У односу на утицај мраза постоје следеће марке отпорности бетона:
М-50, М-100, М-150, М-200, М-250 и М-300 (број циклуса смрзавања и
одмрзавања при којем се чврстоћа при притиску или модул
еластичности узорка смањују највише 25%).
ТРАЈНОСТ БЕТОНА
Алкално – силикатна реакција
Хемијска реакција између алкалија из цемента и реактивних
силицијумских једињења из агрегата (слика 2)
Продукти у присуству влаге знатно повећавају запремину што
изазива знатне напоне у бетону и доводи до његове потпуне
деструкције.
Употребом електрофилтерског пепела, гранулисане згуре или
силикатне прашине се може умањити овај ефекат.
Потребно је контролисати порозност бетона – отежано кретање
влаге код мање пермеабилних бетона.
Слика 2. Алкално-силикатна реакција у бетону
Сулфатна корозија
Агресивно хемијско дејство на бетон сулфата натријума, калијума,
магнезијума и калцијума који су растворени у води (слика 3). Не
мора увек бити пропраћена великом експанзијом – у већини случајева
цементни камен је знатно дезинтегрисан и омекшао.
Може се предупредити применом сулфатноотпорних и суперсулфатних
цемената или убрзаним очвршћавањем бетона 6h у воденој пари
температуре 175 ˚C.
Слика 3. Сулфатна корозија у бетону
Дејство морске воде
У морској води су растворене соли NaCl, MgCl2, MgSO4, CaSO4,
CaCl2. Ова вода је много мање корозивна за бетон, него за арматуру.
Губитак перформанси бетона услед деловања морске воде је највећи у
зони која је изложена дејству плиме и осеке. Остали фактори су
утицај ниских температура, удари морских таласа, абразија – слика
4.
Неопходно је заштитити арматуру - заштитни слој најмање 75
mm.
Слика 4. Дејство морске воде на бетон
Ефлоресценција
Манифестује се на површини бетона када постоје услови за трајну
или повремену филтрацију воде. Настаје услед излуживања соли
депонованих у бетону које кристалишу на његовој површини после
испаравања воде или услед узајамног дејства са CO2 из ваздуха.
Највише се излужује Ca(OH)2. Дуготрајни процес излуживања изазива
пораст порозности, смањење чврстоће бетона и пораст пропустљивости
бетона чинећи га осетљивијим на дејство агресивних хемијских
једињења – слика 5.
Решења: цемент са пуцоланским материјалима који ће смањити
садржај креча, употреба аераната.
Слика 5. Ефлоресценција
ЛАКИ БЕТОНИ
Лаки бетони имају запреминску масу мању од 1900 kg/m3. Одликују
се добрим термоизолационим и звукоизолационим својствима. Чврстоће
при притиску су им мање у односу на обичне бетоне. Бетони са
запреминским масама до 800 kg/m3 се користе искључиво као
изолациони материјали, док они са већим запреминским масама имају
чврстоћу при притиску таккву да могу да се користе за неке врсте
носивих елемената и конструкција. Према врсти агрегата и начину
израде, лаки бетони се деле на лакоагрегатне бетоне, једнозрне
(каверозне) и ћелијасте бетоне.
Лакоагрегатни бетони се израђују од цемента, воде, лаких
агрегата и по потреби адитива. Лаки агрегати могу бити неорганског
порекла: туф, пловућац, дробљена опека, ложишна згура, гранулисана
згура, керамзит, електрофилтерски пепео, перлит, вермикулит и др.
или органског порекла: дрвена вуна, струготина од дрвета, дрвена
влакна, ситнеж од плуте. Чврстоћа при притиску је у функцији
запреминске масе: што је запреминска маса мања, мања је и чврстоћа
при притиску и обрнуто. Вредности чврстоће при притиску
лакоагрегатних бетона се крећу од 3 до 30 MPa.
Дурисол – цемент, вода, струготина, дрвена влакна. Користи се за
израду плоча и блокова.
Слика 6. Дурисол блокови
Таролит плоче – израђују се од дрвених влакана која су
пресвучена цементом и минерализована (таролит маса). Могу се
комбиновати са бетоном, опеком, блоковима, дрветом. Погодних су
димензија и тежине, изузетну способност апсорпције звука и значајну
противпожарну отпорност. Могу се комбиновати са стиропором у виду
двослојних и трослојних плоча за изолацију зидова, кровова, плафона
и подова (слика 7).
Слика 7. Таролит плоче
Хераклит плоче се израђују од дугачких дрвених влакана којима се
додаје магнезит и цемент као везивно средство, а затим се таква
смеша пресује у плоче. Око 70% запремине плоче чине поре испуњене
ваздухом, па се користе као материјал за топлотну изолацију
спољашњих зидова, облагање носивих и потпорних елемената, за звучну
изолацију, али и за превенцију од пожара. За њих се добро везује
малтер, као и гипс.
Блиндит се добија очвршћавањем мешавине струготине, каустичног
магнезита и тридесетопроцентног раствора MgCl2. Користи се за
израду подлога за подове, у слојевима дебљине око 3 cm. Беличасте
је боје.
Ксилолит је по саставу идентичан блиндиту, уз додатак боје.
Примењује се за израду завршних слојева код подова (слика 8).
Израђује се у два слоја – први слој је подлога, док други, хабајући
слој, може да садржи и неки минерални додатак – песак, камено
брашно, итд.
Слика 8. Ксилолит под
Једнозрни – каверозни бетони се справљају са само једном
фракцијом агрегата (8-16 или 16-31.5 mm), цементом и водом. Може се
додати и ситан агрегат. Цементни малтер само повезује зрна агрегата
али не попуњава празнине између зрна. Приликом пројектовања ових
бетона треба водити рачуна оконзистенцији, тј. о количини воде,
како се цементни малтер не би сливао низ зрна агрегата. Чврстоћа
при притиску ових бетона износи до 10 MPa. Могу се справљати са
порозним агрегатима као што је керамзит. Запреминска маса се креће
од 500 – 700 kg/m3 и имају добра термоизолациона својства. Њихова
структура је таква да онемогућава капиларно упијање воде, тако да
су ови бетони отпорни на дејство мраза.
Ћелијасти бетони се добијају уз помоћ средстава којима се
остварује порозна структура очврслог бетона. Порозност се креће од
60-80%, а запреминска маса од 300-1200 kg/m3. Добијају се фабричким
путем и имају фабричка имена. У ову врсту бетона спадају гас и пено
бетони.
Гас бетони
Сипорекс се добија од кварцног песка, цемента, воде и
алуминијумског праха. Услед одвијања хемијских реакција ствара се
велики број мехурића, тј. пора у маси материјала.
Слика 9. Сипорекс блокови
Итонг се добија од кварцног песка, хидратисаног креча, мање
количине цемента, воде, алуминијумског праха и евентуално
електрофилтерског пепела. Има одлична термоизолациона својства,
елементи од итонга су отпорни на пожар, дају оптималну звучну
изолацију, једноставно се обрађују и обликују.
Пено – бетони
Ћелијаста структура ових бетона (слика 10) се не добија
хемијским већ механичким путем –тако што се води дода средство које
производи пену или се пена ствара неким механичким поступком.
Најчешће се употребљавају емулзије органског порекла: сапонини или
смесе смолних сапуна (калофонијум). Када се добије пена, додају се
цемент и агрегат и све се заједно меша. Пена мора да буде стабилна
како би се сачувала порозна структура док бетон не очврсне.
Захваљујући оваквој структури, пено-бетон је јако добар
термоизолациони материјал са 3-3.5 пута бољим термоизолационим
својствима у односу на класичну опеку. Има малу чврстоћу при
притиску: 3.5-5.0 MPa, веома добро апсорбује звук и спада у групу
незапаљивих материјала.
Слика 10. Пено-бетон
ТЕШКИ БЕТОНИ
Бетони са великим запреминским масама (већим од 2500 kg/m3) се
примењују као заштитни материјали у нуклеарним електранама,
фабрикама радиоактивних изотопа, атомским склоништима и сличним
објектима. Осим конструкцијске улоге служе и као биолошка заштита
од радиоактивних зрачења – неутронског и гама зрачења. Велика
запреминска маса се постиже употребом тешких агрегата: барита
(слика 11), руде гвожђа (магнетит, хематит, лимонит са запреминским
масама од 4000 – 5000 kg/m3). Могу се користити и отпаци или
специјално рађене куглице од гвожђа и челика са запреминским масама
већим од 7000 kg/m3. Често се тешким бетонима додају једињења бора
или литијума ради побољшања заштитних својстава. Потребна количина
цемента се креће од 300 – 350 kg, водоцементни фактор од 0.35 до
0.50. Чврстоће при притиску износе око 40 MPa.
Слика 11. Барит
