1.Beton, Čelik, Drvo

Osnove teorije i tehnologije betona - 1.

predavanje 1

OSNOVE O BETONU KAO

GRAEVNOM MATERIJALU I PROIZVODU

1. predavanje

UVOD

2

BETON

najvie koriten graevinski materijal na svijetu (10 12 biliona tona godinje)

ovjek koristi samo jo vodu u toj koliini

3

NAJPOZNATIJE BETONSKE

GRAEVINE XX STOLJEA

Frank Lloyd Wright:

Guggenheim Museum, New

York

Jorn Utzon: Opera House,

Sidney

Le Corbusier: Ville Savoye,

Poissy, France

4

ITAIPU DAM, BRAZIL

ugraeno ukupno 12,3 miliona m3 betona

iskopano

ukupno 23,6 miliona

zemlje

32 m3 stijene

trokovi gradnje $18,5 biliona

5

BETON graevni proizvod izraen od

beton b= 2.35 t/m3

cement c= 3 t/m3

agregat a= 2.65 t/m3

voda v= 1 t/m3

dodaci betonu ili aditivi

6

VOLUMNI OMJERI UEA OSNOVNIH SASTOJAKA U OVRSNULOM

BETONU

agregat

CEMENTNI KAMEN

NEHIDRATIZIRANI I

HIDRATIZIRANI

CEMENT

VEZANA VODA

PIJESAK

KAMEN

pore vrsti materijal

zra

k 17-20% voda 8-16% cement

25-30% vezivo 65-75% kemijski praktino inertna ispuna

mort kameni skelet

AGREGAT

ZR

AK

I

SL

OB

OD

NA

VO

DA


predavanje 2

7

UDIO OSNOVNIH SASTOJAKA

Odabire se tako da se postignu zadovoljavajua svojstva:

svjeeg betona u svim fazama obrade, od mijeanja preko transporta do ugradbe;

ovrslog betona obzirom na vrstoe i druge mehanike karakteristike, te trajnost i deformabilnost;

minimalni trokovi za prihvatljivu kakvou.

8

CEMENT

U ovrslom betonu cementni kamen ima dvije glavne zadae: slijepiti zrna agregata i betonu dati odgovarajuu vrstou;

ispuniti prostor meu esticama agregata i s njime tvoriti nepropusnu masu.

Nosilac dvaju karakteristinih svojstava betona: skupljanja i puzanja

Uobiajena koliine cementa u m3 obinog betona su 200 400 kg

9

AGREGAT

Tri osnovne zadae:

zrna agregata ine skelet, koji daje krutost betonu;

daje dimenzionalnu stabilnost, tj. umanjuje dugotrajne volumne promjene svojstvene za cementni kamen;

relativno je jeftin, pa to osigurava ekonominost betonskih konstrukcija.

10

VODA

koliinom vode se regulira viskoznost svjeeg betona

koliina vode se mijenja u uskim granicama - od 160 do 200 l na m3 obinog betona

poveanje koliine preko one koja je potrebna za hidrataciju cementa poveanje koliine pora smanjenje vrstoe, trajnosti i drugih temeljnih svojstava betona

voda za pie je najee dobra i za spravljanje betona

11

DODACI BETONU ILI ADITIVI

tvari, najee organskog podrijetla, koje dodane u

svjeu mjeavinu modificiraju svojstva svjeeg ili ovrsnulog betona, ili morta ili cementne paste;

dodaju se u promilima ili

postocima od udjela

cementa ili ukupnog udjela

veziva u mjeavini.

12

SVOJSTVA BETONA U USPOREDBI

S DRUGIM MATERIJALIMA

Materijal Gustoa (kg/m3)

vrstoa (N/mm2)

Tlana Vlana

Modul

elastinosti (N/mm2)

elik 7860 >300 210000

Aluminij 2710 > 60 70000

Staklo 2500 700-800 30-90 73000

Beton 2320 10-60 1/10 tl. . 30000

Drvo 500 Savojna vrstoa

80 2,2

12700

800

Polimeri 900-2200 40 1000


predavanje 3

13

RADNI DIJAGRAM kompozitni materijal (za kratkotrajna optereenja)

%

MPa

A A stijena (agregat)

B

B beton

C C cementni kamen

14

STRUKTURA BETONA

Inenjerska ili makro razina

(> 1 mm)

Razina strukture materijala ili mezo razina

(10-3 do 1 mm)

Molekulska ili mikro - nano razina

(10-7 do 10-3 mm)

15

PREDNOSTI BETONA (1)

ekonominost

niska cijena sastojaka betona

niska cijena ugradnje

niska cijena odravanja

uteda energije

dostupnost sastojaka (agregata, cementa, vode)

oblikovanje

odrivost

Baha i Temple, Wilmette, Illinois 16

PREDNOSTI BETONA (2)

poarna otpornost

vodootpornost

trajnost

krutost

vea krutost i masa betona smanjuju oscilacije (vjetar)

mogunost reciklae/oporabe

17

UTEDA ENERGIJE

za ELIK : 800 kWh/tona za ARMIRANI BETON : 800 3200 kWh/m3

za PREDNAPETI BETON : 700 1700 kWh/m3

KOLIINA ENERGIJE UGRAENA U BETON

kWh/m3 kWh/tona

CEMENT

250-500 kg/m3 betona 330 - 660 137 - 275

AGREGAT

1750-1950 kg/m3 20 8

PROIZVODNJA 90 37

UKUPNO 440 - 770 182-320

18

NEDOSTACI

niska vlana vrstoa

~ 0.1 fc pojava pukotina ukoliko nije

odgovarajue armiran

volumne promjene

skupljanje i puzanje

relativno niska vrstoa po jedininom volumenu

fc ~ (5-10% od elika)

zahtjeva se vei volumen

vei rasponi se rade u eliku


predavanje 4

19

VRSTE BETONA (1)

teki beton (gustoe vee od 2600 kg/m3)

prema gustoi:

lagani (gustoe izmeu 800 i 2000 kg/m3)

obini (gustoe izmeu 2000 i 2600 kg/m3)

20

VRSTE BETONA (2)

prema mjestu proizvodnje:

beton proizveden u tvornici betona

(centralna betonara);

beton proizveden u betonari na gradilitu za potrebe tog gradilita;

beton proizveden u betonari pogona za

predgotovljene betonske elemente.

21

VRSTE BETONA (3)

prema zahtjevu iz specifikacije (tehniki uvjeti) beton se proizvodi kao:

projektirani beton (zadavanjem svojstava);

beton zadanog sastava;

beton normiranog zadanog sastava.

22

VRSTE BETONA (4)

prema tlanoj vrstoi (na valjku):

Beton normalne vrstoe 55 MPa

Beton visoke vrstoe > 55 MPa 100 MPa

Beton ultra visoke vrstoe >100 MPa

23

POSEBNI BETONI nastali modifikacijom svojstava obinog betona

-impregnirani betoni

(polimeri, sumpor, parafin)

- polimerni portland-cementni beton

(PPCC)

- vatrobetoni

- mikroarmirani beton - ferocement

- polimerni beton (PC)

- polimerni portland - cementni beton

(PPCC)

obini beton

=2,35 g/cm3

- teki betoni - laki betoni

ft


predavanje 5

POVIJEST BETONA

26

3000 p.K. Egipani

poznaju vapneni mort, primjenjuju empirijska

pravila graenja (piramide, obelisci, hramovi)

27

300 p.K - 476 n.K Rimsko Carstvo

(Marcus Vitruvius Pollio u doba cara Augusta: De architectura libri X)

proizvodnja hidraulikog veziva dodavanjem brana od mljevene opeke proizvedene od peene gline, vapnenom mortu

pripisuje im se otkrie betona agregat od izlomljene opeke su zalijevali vapneni mortom kojem su dodavali vulkanski pepeo ili brano od mljevene opeke

pucolanski cement prema mjestu Puteoli (danas Puzzuoli) na padinama Vezuva

nakon 2000 godina Rimske graevine jo postoje

Pantheon, Rim

28

1756 John Smeaton

padom Rimskog carstva prestaje i razvoj cementa i uporabe betona kao graevinskog materijala

prilikom izgradnje temelja svetionika u Eddystoneu, Sjeverozapadna Engleska, uoio da cement napravljen od vapna dobiva svojstvo postojanosti u vodi ako mu se dodaju glinoviti materijali

29

1824 Joseph Aspdin

proizveo i patentirao materijal koji je u ovrslom stanju bojom odgovarao vrlo dobrom graevinskom kamenu iz okolice Portlanda, a nazvao ga je portland cement

svojstva tog materijala ne odgovaraju svojstvima materijala

koji se danas koristi pod tim nazivom

1838 Isaac Charles Johnson proizveo cement koji po svojim svojstvima

odgovara dananjem portland cementu

30

1848 Joseph Lambot

laa s armaturom od eline ice u cementnom mortu debelom nekoliko

centimetara

prva uporaba armiranog betona

1849 Joseph Moniere otac armiranog betona

betonske je posude za biljke i cvijee dodatno ojaavao eljeznim materijalom kako bi bile vre i kako se ne bi mogle lako razbiti


predavanje 6

31

1871-1876 William E. Ward

pravi zaetnik teorije i tehnike armiranog betona

1889 Francois Hennebique

sagradio prvu armiranobetonsku kuu u Port Chesteru nastojei da podigne objekt siguran od poara

32

1891 George Bartolomew

prva ulica graena od betona u USA in Bellefontaine

1904 prvi betonski neboder

1930 prvi ljuskasti krov

Ingalls building, Cincinnati

Eduardo Torroja; Algeciras

33

1936 prve velike betonske brane

Hoover Dam, Black

Canyon, Colorado River

3.33 milijuna m3

betona

Grand Coulee Dam,

Columbia

river,Washington najvea brana na svijetu

u vrijeme kada je

izgraena

9.155,942 m betona

34

1967 prvi betonski sportski

centar

Assembly Hall, The

University of Illinois

35

1970-e primjena betona ojaanog vlaknima

CN Tower in Toronto, Canada

553,33 m; 181 kata

Water Tower Place, Chichago

262 m, 74 kata

36

1980-e uporaba superplastifikatora

1985 uporaba silikatne praine

Two Union Square,

Seattle, Washington

vrstoa :131 MPa

E = 50 GPa


predavanje 7

37

1992 najvea armirano-betonska zgrada na svijetu

311 South Wacker Drive,

Chichago

vrstoa betona : 83 MPa

maksimalna visina 293 m; 65

katova

arhitekt: Kohn Pedersen Fox

Trokovi izgradnje: $110,000,000.00

38

2004 najvea zgrada na svijetu

visina: 509 m, 101 kat

Taipei 101,

Taipei, Taiwan

500

metara

300

metara

100

metara

39

1900. god. u Hrvatskoj prvi armiranobetonski most Lomost u Ogulinu

sastojci betonske mjeavine:

beoinski portland cement

savski pijesak

kamen tuenac u volumnim omjerima 1:3:5

armatura: eljezne ipke profila 27 ili manjeg

BUDUNOST TEHNOLOGIJE BETONA

41

SMJERNICE ZA BUDUNOST

Odrivi razvoj

Poboljati svojstva trajnosti

Ubrzati gradnju i poboljati naine gradnje

42


ZELENI BETON uporaba manje cementa (HVFA beton High Volume

Fly Ash Concrete)

uporaba recikliranog materijala

OPTIMIZACIJA KEMIJSKIH DODATAKA BETONU

Ubrzati gradnju

Poboljati trajnost

UBRZANA GRADNJA I

AUTOMATIZACIJA

Prefabricirani beton

Inovativni postupci gradnje

Stakleni beton agregat zamjenjen recikliranim

staklom


predavanje 8

43


OBNOVA INFRASTRUKTURE, PROCJENA I SANACIJE

Holistiki pristup

Materijali za sanaciju visokih uporabnih svojstava

Nove i unaprijeene nerazorne metode ispitivanja

VIRTUALNA TEHNOLOGIJA

Dostignua tehnikih znanosti i znanosti o materijalima

Simulacije mikro i makro strukture betona

Predvianje uporabnog vijeka i svojstava materijala

44

Liquid Stone: New Architecture in Concrete

19. 06.2004. 29.01. 2006.

National Building Museum, 401 F Street NW, Washington

izloba istrauje naine na koji arhitekti danas koriste beton

PROZIRNI BETON (LiTraCon)

sadrava staklena optika vlakna debljine dlake

http://www.nbm.org/liquid_st

one/home.html

45

SAMOZBIJAJUI BETON

optimizacijom agregata,

cementa i dodataka, a

posebno

superplastifikatora,

postie se mjeavina koja je iznimno tekua pri ugradnji

nije potrebno vibriranje Mound Builders Museum, Memphis, Tenessee

Documents

1.Beton, Čelik, Drvo