Osnovi Teorije i Tehnologije Betona

OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA Sadrţaj ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

1. Uvodna razmatranja 2. Svojstva sveţeg 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. OdreĎivanje sastava betona 9. Spravljanje betona (10. Armirački radovi)

OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA Sadrţaj (nastavak) ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

(11. Oplate) 12. Transport sveţeg betona 13. UgraĎivanje betona (14. Postupci izvoĎenja nekih uobičajenih tipova konstrukcija) 15. Nega ugraĎenog betona i demontaţa oplate 16. Specijalni postupci betoniranja i neke specifične tehnologije ugraĎivanja betona pri proizvodnji prefabrikata 17. Ubrzano očvršćavanje betona 18. Posebne vrste betona 19. IzvoĎenje betonskih radova u ekstremnim klimatskim uslovima 20. Kontrola kvaliteta betona 21. Projekat betona

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona

UVODNA RAZMATRANJA Komponente 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)

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona AGEGAT 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 ■ Reaktivni, alkalno – silikatni sastojci (amorfni silicijum): – U krupnom agregatu < 5% – U sitnom agregatu < 0,5%

■ Do alkalno – silikatne reakcije neće doći ukoliko je: – Sadrţaj alkalija u cementu (Na2O+0,658 K2O < 0,6% po masi)

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona

AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona

AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA Fuler: YF  100 

d D

(%)

EMPA: d d  (%) YE  50    D  D

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA

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

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA

Pravilnik BAB’87 (DIN 1048) – preporučuje CEB (Evropski komitet za beton)

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA

Primer kontinualne granulometrijske krive (D = 16 mm)

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA

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)

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona AGEGAT KAO KOMPONENTA BETONA

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

Dmax=D+∆D=dm+(dm-dm-1) x/y

BAB’87

Aproksimacija (za praksu)

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona - agregat Vlaţnost agregata i njeno odreĎivanje ■ S obzirom na značaj vodocementnog faktora u proizvodnji betona, vlaţnost agregata mora biti uzeta u obzir prilikom doziranja. Kako uobičajeni postupak odreĎivanja vlaţnosti – putem sušenja do konstantne mase dugo traje, potrebno je primeniti mnogo brţi postupak – putem sifonskog suda. ■ Postupak podrazumeva odreĎivanje mase vlaţnog agregata Mav vagom, a zatim njegove zapremine Vav pomoću sifonskog suda i menzure (v. sliku). (za je prethodno odreĎeno za čitavu isporuku agregata).

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona 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

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona CEMENT KAO KOMPONENTA BETONA ■ Minimalne količine cementa za armiranobetonske konstrukcije: – 250 kg/m3, za beton koji nije izloţen atmosferilijama, – 300 kg/m3, za beton koji je izloţen atmosferilijama, – 350 kg/m3, za beton izloţen agresivnim uticajima.

■ Minimalna količina cementa u funkciji nominalno najkrupnijeg zrna agregata: – min mc= 550 / 5 D kg/m3, odnosno – min mc= 700 / 5 D kg/m3, ako se radi o betomu izloţenom hemijskoj agresiji

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

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona: Cement – Standard EN 197

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona Cement kao komponenta betona

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona Cement kao komponenta betona

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona Voda kao komponenta betona ■ Voda kao komponenta učestvuje u betonu sa 5 – 10 % po masi. ■ Voda za spravljanje betona ne sme da sadrţi: – 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.)

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona 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: Moţe se upotrebiti za spravljanje betona za nearmirane konstrukcije (izuzev kod primene AC)

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona Aditivi (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 sveţeg 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).

UVODNA RAZMATRANJA Komponente betona 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.

BETONI Materijali za izradu betona Aditivi (dodaci) kao komponenta betona ■ Plastifikatori (superplastifikatori): - Fino dispergovani materijali–bentonit, EF–pepeo, pucolani i dr. - Površinski aktivne supstance, koje u sveţem 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 sveţem betonu: - Sniţava 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

BETONI Materijali za izradu betona Aditivi (dodaci) kao komponenta betona ■ Aeranti (uvlačivači vazduha): - U strukturi betona formiraju fine mehuriće (globule) vazduha reda veličine 0,01 – 0,3 mm, ravnomerno rasporeĎene u masi cementnog kamena, na meĎusobnim rastojanjima do 0,25 mm. - Ovakva struktura betona uslovljava povećanje otpornosti očvrslog betona na dejstvo mraza, jer “uvučeni” mehurići prekidaju mreţu 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)

BETONI Materijali za izradu betona 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 takoĎe doprinose brzom rastu čvrstoće - Razume se da je prevashodna primena ove vrste aditiva prilikom betoniranja pri niskim temperaturama

BETONI Materijali za izradu betona 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 odreĎenog procenta deluju kao usporivači, dok pri većim količinama kao ubrzivači vezivanja cementa - Primena retardera dolazi u obzir pri betoniranju na visokim temperaturama, pri transportovanju betona na duţim relacijama, u situacijama koje nalaţu izvoĎenje betoniranja bez prekida i slično.

BETONI Materijali za izradu 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 vodonepropustljivosti 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 sveţeg betona – deluju tako što sniţavaju tačku smrzavanja vode u njemu - Njihovom upotrebom omogućava se izvoĎenje betonskih radova i na temperaturama niţim od 00C (CaCl2 , natrijum nitrat, NaCl (so) i dr.), - U slučaju nearmiranih konstrukcija primenjuju se u dozama i do 10%

BETONI Materijali za izradu betona Aditivi (dodaci) kao komponenta betona ■ Danas na trţištu 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, meĎutim, 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 odreĎivanja njihovih potrebnih doza, osim laboratorijskih ispitivanja, potrebno je vršiti i ispitivanja u realnim uslovima, na realnim temperaturama.

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Uvod ■ Sveţ 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 sveţem betonu tokom mešanja). ■ Usled prisustva unutrašnjih sila meĎudejstva čestica čvrste i tečne faze (meĎumolekularne sile, sile viskoznog trenja, kapilarne sile), sveţ beton poseduje odreĎen stepen kohezivnosti (strukturnu čvrstoću), ali se odlikuje i svojstvima koja su karakteristična za viskozne tečnosti. ■ Njegova svojstva su, ustvari, negde na sredini izmeĎu “pravih” viskoznih tečnosti i čvrstih tela, pri čemu on poseduje svojstva tzv. “strukturirane viskozne tečnosti“.

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Uvod ■ 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 sveţeg betona zavise od velikog broja uticajnih parametara, ali se celokupan kompleks ovih parametara generalno moţe svesti na dva osnovna faktora: 1) Karakteristike komponenata 2) Strukturu mešavine . ■ Jedno od najznačajnijih svojstava ovog sistema ogleda se u sposobnosti da pod uticajem različitih mehaničkih dejstava menja svoja svojstva. Reč je o “tiksotropiji”, tj, o pojavi promenljivosti parametara 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 SVEŢEG BETONA Struktura sveţeg betona ■ Struktura sveţeg 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 sveţem betonu - sile apsorpcionog, molekularnog i kapilarnog meĎudejstva. ■ Ove sile bitno utiču na sva svojstva sveţeg betona, a u prvom redu na stepen povezanosti (kohezivnost) sistema. ■ Svojstva cementne paste, kao i sveţeg betona u celini, zavise od odnosa čvrste i tečne faze: sa povećanjem sadrţaja vode povećava se pokretljivost (fluidnost), a smanjuje strukturna čvrstoća. ■ Voda o kojoj je reč najčešće je vezana voda (hemijski ili fizički vezana).

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Struktura sveţeg betona ■ Struktura I U zavisnosti od odnosa cementne paste i ● Zrna agregata su meĎusobno agregata, definišu se 3 tipa strukture veoma udaljena (razmaknuta) sveţeg betona, kako sledi: 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 izmeĎu zrna, sa neznatnim razdvajanjem susednih zrna slojem “maziva” Tri tipa strukture sveţeg betona debljine 1-3 preč. zrna cementa ● Dopunski efekat trenja izmeĎu zrna agregata, usled čega: slabija ugradljivost i obradljivost mešav.

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Struktura sveţeg betona

Tri tipa strukture sveţeg betona

■ Struktura II (nastavak) ● Da bi se ostvarila fluidnost kao kod Strukture I, potreban je ili viši mv/mc faktor, ili odreĎenim postupcima smanjiti viskoznost mešavine (vibriranje, pritisak) ■ Struktura III ● Cementne paste je malo, ona samo obavija zrna agregata tankim slojem, a prostore izmeĎu 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)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Reološka svojstva ■ Sa pozicija reologije, sveţ beton se moţe razmatrati kao elasto - plastično – viskozno telo (sistem), čije ponašanje ne zavisi samo od sastava, strukture i svojstava komponenata, već takoĎe i od vremena i intenziteta spoljašnjih dejstava, koja se primenjuju u procesu tehnološke obrade. ■ Ovo ponašanje bi se, generalno posmatrano, moglo definisati opštim d izrazom za naprezanje pri tečenju: , u kome je:   c       tg dt - τ – smičuće naprezanje, - c (τm) – kohezija, η (ηm) – koeficijent viskoznosti, - dγ/dt – brzina smicanja, σ – normalno naprezanje, - υ – ugao unutrašnjeg trenja pri čemu celokupan izraz, sa članom σ∙tgυ vaţi za mešavine sveţeg betona kod kojih postoji značajno unutrašnje trenje (struktura III). MeĎutim, kako je primena ovakvih mešavina srazmerno mala, za praktične potrebe se kao dovoljno tačan moţe usvojiti sledeći izraz:       ddt , koji predstavlja, ustvari, izraz reološkog ponašanja Bingamov – og tela (modela). m

m

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Reološka svojstva ■ U Bingamovom izrazu τm se definiše kao smičuće naprezanje na granici tečenja (granično smičuće naprezanje–strukturna čvrstoća), dok ηm predstavlja koeficijent plastične viskoznosti (plastična – granična viskoznost). ■ Bingamov reološki model sveţeg betona zasnovan je na pretpostavci da se betonska smeša moţe 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 izmeĎu mase B i podloge), smeša počinje da teče kao svaka viskozna tečnost (aktivira se klip u Njutnovom telu).

REOLOŠKA SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Reološka svojstva ■ Najvaţniji zaključci: – Kada se na sveţ beton deluje nekim mehaničkim uticajima (statičke sile ili dinamička dejstva – npr. vibracije) njegova viskoznost se smanjuje. – Drugim rečima, kada se na odreĎeni 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:

d   m  dt koji odgovara tečenju tzv. Njutnovskih tečnosti. – Po završetku delovanja spoljašnjih uticaja, meĎutim, sistem se ponovo vraća u preĎašnje stanje – uspostavlja se početna čvrstoća strukture i smanjuje pokretljivost (fluidnost) mase, što znači da viskoznost ponovo ima vrednost ηm

REOLOŠKA SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Reološka svojstva ■ Sposobnost sveţeg 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 preĎašnje stanje u pogledu strukturne čvrstoće i viskoznosti, naziva se tiksotropija. ■ Ovo svojstvo sveţeg betona vrlo široko se koristi u njegovoj tehnologiji, posebno u tehnologiji ugraĎivanja krutih (suvih) i slabo plastičnih mešavina, gde se primenjuju postupci vibriranja, presovanja, vibropresovanja i sl. ■ Betonske mešavine danas se najčešće ugraĎuju postupkom vibriranja, jer se na taj način sveţ beton privremeno prevodi u stanje blisko teškoj tečnosti – iz mase se istiskuju globule vazduha, beton ispunjava sve prostore u oplati.

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Reološka svojstva: Viskozimetri ■ Za odreĎivanje reoloških svojstava sveţeg betona koriste se različiti aparati tipa viskozimetara. Ovi viskozimetri mogu da budu: - Viskozimetri na principu merenja vremena isticanja sveţeg betona kroz otvor odreĎene veličine – sl. a) na sledećem slajdu (koristi se samo za tečnije mešavine). - Viskozimetri na principu merenja dubine prodiranja u masu sveţeg betona konusa ili nekog drugog tela – sl. b) na sledećem slajdu (uglavnom za tečnije betone). - UreĎaji (statički ili vibracioni) na principu merenja vremena ili brzine tonjenja u beton kugle odreĎenog 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 sveţeg betona – sl. e) na sledećem slajdu .

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Reološka svojstva: Viskozimetri

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

η = K (k - b,sv ) ∙ t

(k , b,sv – zapreminska masa materijala kugle, odnosno sveţeg betona; t – vreme uronjavanja kugle do odreĎene dubine; K – konstanta aparature, koja se odreĎuje baţdarenjem pomoću tečnosti poznatog koeficijenta viskoznosti)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Reološka svojstva: Faktori uticaja ■ Značajan uticaj na reološka svojstva sveţeg betona imaju: - Mineraloški sastav cementa (jače izraţenu tiksotropiju, na primer, imaju cementi sa povećanim sadrţajem 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 sadrţaj (sl. slajd)

■ Uticaj finoće mliva cementa Kao što se sa skice desno moţe 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 najniţi), a zatim rastu!

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Reološka svojstva: Faktori 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 sniţava, kao i da: ■ Sa povećanjem sadrţja plastifikatora (superplastifikatora) viskozitet opada (videti sliku dole desno)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Reološka svojstva: Faktori uticaja ■ Kad je reč o uticaju vodocementnog faktora mv /mc treba napomenuti da njegovo povećanje preko odreĎene vrednosti moţe izazvati raslojavanje (segregaciju) betonske mešavine, što bitno ugroţava njenu homogenost. ■ Reološka svojstva sveţeg 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 SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva ■ Reološka svojstva sveţeg betona značajno utiču na njegova Tehnološka svojstva, kao i na Svojstva očvrslog betona. ■ Da bi se dobio očvrsli beton zahtevanih karakteristika, neophodno je da sveţi beton ima odgovarajuća svojstva, koja će pri primeni odreĎenih Tehnoloških postupaka (spravljanje, transport, ugraĎivanje i dr.) obezbediti da se dobije zahtevani kvalitet očvrslog materijala ■ Drugim rečima, sveţ 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 sveţeg betona treba shvatiti kao skup većeg broja posebnih svojstava koja su od značaja u čitavom tehnološkom lancu – počev od doziranja, homogenizacije (mešanja), pa sve do završne obrade gornjih površina i nege ugraĎenog betona ■ Sve ove karakteristike se mogu posmatrati u funkciji reoloških parametara sveţeg betona – strukturne čvrstoće, viskoznosti, suvog trenja u masi i dr., što u prvom redu vaţi za Svojstvo ugradljivosti

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva ■ U opštem slučaju, sva reološka svojstva sveţeg betona funkcija su mehaničkih uticaja koji deluju na mešavinu, što se moţe 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 (kompaktibilnosti) moţe da se usvoji ona po kojoj ovo svojstvo opredeljuje količina mehaničkog rada potrebnog za prevoĎenje sveţeg betona u stanje fluida sa strukturnom čvrstoćom m=0 i sa viskoznošću ηm . ■ Kada se ostvari “fluidizacija” sveţeg betona i kada on poprimi svojstva “teške tečnosti”, u punoj meri se obezbeĎuje mogućnost ispunjavanja svih prostora unutar oplate (kalupa), kao i mogućnost da sveţ beton zaĎe u sve prostore “pregraĎene” prisutnom armaturom i istiskivanja mehurića vazduha uvučenih u masu tokom mešanja komponenti. ■ Sve ovo zajedno obezbeĎuje optimalno moguću zbijenost (kompaktnost) ugraĎenog betona.

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva ■ U praksi se tehnologičnost sveţeg betona najčešće razmatra kao funkcija k o n z i s t e n c i j e sveţeg betona. ■ Pod pojmom konzistencije se podrazumeva skup svojstava sveţeg 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 sveţeg betona. ■ Konzistencijom, meĎutim, nije moguće obuhvatiti sve parametre koji opredeljuju svojstvo tehnologičnosti, usled čega se, osim konzistencije, primenjuju i postupci opisivanja pojedinih tehnoloških svojstava sveţeg betona, kao što je to navedeno na sledećem slajdu.

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva ● ● ● ● ● ● ● ■

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 sveţeg betona posebno je značajno sa stanovišta kvaliteta očvrslog betona. ■ Od ovog svojstva bitno zavisi mogućnost zbijanja – kompaktiranja sveţeg betona, a od stepena ostvarene zbijenosti i stepen kompaktnosti, odnosno ostvarena veličina zapreminske mase očvrslog betona, a sa njom i veličina ostvarene čvrstoće i trajnost betona (v. sled. slajd)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencije ■ Prema našim standardima za ispitivanje konzistencije sveţeg 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 takoĎe napred navedene 4 metode.

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencije

Metoda sleganja (Slump – Method)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencije

Metoda sleganja(Slump – Method)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencije Metoda sleganja (Slump – Method) Tačnost 10 mm

h

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencije

Metoda rasprostiranja (Flow Method)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencije

VEBE – metoda (Vebe Method)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencije

Metoda sleganja vibriranjem – kompaktiranjem (Compaction Method)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencije

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

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Ispitivanje konzistencije MeĎuzavisnost pokazatelja konzistencije po metodi sleganja i po VEBE – metodi

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Faktori uticaja na tehnologičnost sveţeg betona ■ Tehnologičnost sveţeg 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 odreĎenoj 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 sadrţaja vode. ■ Napred navedeni stav drugim rečima znači da: za odabrani agregat (vrstu i veličinu D) i za utvrĎenu konzistenciju sveţeg 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 SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Konzistencija – (mv , D)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Konzistencija – (T, D)

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

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Konzistencija – (Vrsta agregata, t)

Promena konzistencije u funkciji proteklog vremena t nakon mešanja

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Tehnološka svojstva: Konzistencija, mv – Temperatura T

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

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Ostala svojstva: Zapreminska masa OdreĎuje se tokom izrade uzoraka od sveţeg 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 putem pervibratorske igle, koje se u praksi i najčešće koristi (a), kalup sa nastavkom ne sme da leţi na tvrdoj podlozi, kako bi se izbegli reflektovani vibracioni talasi i interferencija ● Na skici pod b) dat je postupak zbijanja na vibrostolu, koji se koristi kod prefabrikacije betonskih elemenata ● OdreĎivanje zaprem. mase: M b,sv M k b  M k  b,sv   kg / m 3 Vk Vk





SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Ostala svojstva: Raslojavanje (segregacija)

Shematski prikaz procesa raslojavanja nedovoljno koherentne sveţe betonske mešavine tokom zbijanja vibriranjem

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Ostala svojstva: Kohezivnost

Fotografija koherentne sveţe betonske mešavine nakon opita rasprostiranja

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Ostala svojstva: Čvrstoća mladih betona 0,1-0,3 MPa

Zavisnost čvrstoće sveţih i “mladih” betona od vodocementnog faktora

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Ostala svojstva: Sadrţaj zaostalog (uvučenog) vazduha ● Princip rada aparature na skici zasniva se na registrovanju smanjenja zapremine zbijenog betona (sniţavanje nivoa u kalupu) izloţenog odreĎenom 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 izbaţdaren tako da sniţenje nivoa vode u cevi odgovara zapremini (u %) vazduha zaostalog u betonu nakon njegovog zbijanja (vibriranja) u kalupu

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Vreme vezivanja (ugradljivosti i obradljivosti) betonskih smeša

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Vreme vezivanja (ugradljivosti i obradljivosti) betonskih smeša

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Vreme vezivanja (ugradljivosti i obradljivosti) betonskih smeša

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Vreme vezivanja (obradljivosti) betonskih smeša

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Ostala svojstva:Pritisak na oplatu ■ Vertikalni pritisak pv i horizontalni pritisak ph na oplatu, saglasno priloţenoj skici, moţe se definisati izrazima:

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

(b,sv – zapr masa sveţeg betona; υ – ugao unutr. trenja sveţeg betona; v – brzina betoniranja)

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Ostala svojstva:Pritisak na oplatu A – Gornja površina betona B – Dubina do koje se propagira uticaj vibratora C – Gornja površ. vezanog betona (sa poč. čvrst.) pb=10 ∙ b,sv ∙ h1 (kN/m2) (jer je: υ = β = 0) pc= pb+∆pb=10 ∙ b,sv∙ [h1 - (h - h1) ∙ dp] (kN/m2) Koeficijenti dp u funkciji uglova υ i β

Horizontalni pritisak sveţeg betona na oplatu

υ=0 – za beton u trenutku vibriranja υ=200 – za beton liveni koji se više ne moţe zbijati υ=300 – za plastičan beton υ=500 – za beton koji se revibrira β=250 – za grubo rendisanu dasku β=16-180 – za uglačanu dasku ili oplatu premazanu slojem sintetičke smole (za rendis. dasku: υ=200

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Ostala svojstva: Pritisak na oplatu ■ Kao što se sa priloţene skice vidi, horizontalni pritisci sveţeg 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

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Ostala svojstva: Temperatura sveţeg betona

■ Temperatura sveţeg 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: T  S aTa ma  S cTc mc  S vTv mv ( 0 C ) b0 S a ma  S c mc  S v mv

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:

0,2 (Ta ma  Tc mc )  Tv mv 0 Tb 0  ( C) 0,2 (ma  mc )  mv

SVOJSTVA SVEŢEG BETONA Ostala svojstva: Temperatura sveţeg betona Numerički primer: ma=1800 kg/m3; mc=400 kg/m3; mv=200 kg/m3: 0,2(1800Ta  400Tc )  200Tv ( 0C ) Tb, sv  0,2(1800  400)  200

1 Tb, sv  (360Ta  80Tc  200Tv ) 640 Tb,sv  0,5625Ta  0,125Tc  0,3125Tv

( 0C ) ( 0C )

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 takoĎe na suncu, a za spravljanje betona se koristi voda iz obliţnje 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 ugraĎuje pos. postupcima Tb,max=300C) Šta uraditi? Iz uslova Tb≤300C  Tv ≤ 1/0,3125 (30-27,5)=2,5/0,3125 = 80C Dakle: Hladiti vodu na ≤ 80C! (Tablama leda, ili putem specijalnih Water Chiller – a)