Samozbijajući beton

(Self Compacting Concrete – SCC)

Samozbijajući beton se definiše kao onaj beton koji se bez ikakve potrebe za posebnim sredstvima za ugrađivanje (vibriranje) ugrađuje sam, pod uticajem gravitacije, prolazi između šipki armature, ma koliko gusto one bile postavljene, obavija ih i popunjava oplatu u potpunosti, uzpostizanje visoke kompaktnosti i zahtevane čvrstoće (marke betona).

UMEŠNOST RADNIKA

TRAJNOST BETONSKIH KONSTRUKCIJA

SAMOZBIJAJUĆI BETON

SMANJENJE BUDUĆNOST

Potreba za samozbijajućim betonom:

Komponente:

- cement

- kameno brašno (filer) – čestice sitnije od 0,125 mm

- sitan agregat (0/4) – pesak

- krupan agregat (4/16, eventualno 4/22.5)

- voda

- hemijski dodatak sa dvojakom funkcijom (hiperplastifikator i modifikator viskoziteta)

- hemijski aktivni mineralni dodatak (pucolan, zgura, el. pepeo, silikatna prašina)

- vlakna - mikroarmatura

VAZDUH VAZDUHcca 2%

VODA VODA15-20%

CEMENTFINE ČESTICE

PESAKPESAK30-35%

KRUPANAGREGAT KRUPAN

AGREGAT30-35%

Poređenje sastava običnog i samozbijajućeg betona:

Prema važećim preporukama za projektovanje samougrađujućih betona, po japanskom istraživaču Okamuri, postupak treba sprovoditi u nekoliko koraka:

1. Korak – Definisanje sadržaja vazduha (najčešće 2%)

Najpre je potrebno odrediti količinu (zapreminu) vazduhauvučenog u svež beton. Ovaj podatak je unapred, najčešće, moguće nešto preciznije oceniti samo na osnovu iskustva. Međutim, uopšteno govoreći, količina vazduha u dobro ugrađenom (kompaktiranom) svežem betonu se kreće u relativno uskim granicama od 1% do 3%, a preporučeno je da se na početku projektovanja usvoji najviše 2%. Ponekad je dozvoljeno povećanje ovog procenta iznad granice od 2%, i to u slučaju da se zahteva povišena otpornost na mraz.

2. Korak – Određivanje zapremine krupnog agregata (d > 4 mm)

Količina krupnog agregata u betonu povećava se sa smanjenjem nominalno najkrupnijeg zrna u agregatu. Takođe, zavisi i od vrste upotrebljenog agregata. Ako se koristi rečni agregat, može da se usvoji veća zapremina krupnog agregata u mešavini nego u slučaju da se koristi drobljeni agregat. Generalno, sadržaj krupnog agregata u samougrađujućim betonima varira između 50% i 60% u odnosu na ukupnu zapreminu čvrste faze svežeg betona. Najčešće se usvaja vrednost od 50%.

3. Korak – Određivanje zapremine sitnog agregata (peska)

Pesak se ovde definiše kao agregat krupnoće između 0.125 mm i 4 mm. Sve čestice krupnoće ispod 0.125 mm smatraju se praškastim česticama koje ulaze u sastav praškaste faze betonske mešavine. Zato je od veoma velikog značaja određivanje količine sitnih čestica u svim frakcijama koje se koriste. Sadržaj sitnih čestica određuje se metodom mokrog prosejavanja. Količina peska mora biti u granicama od 40% do 50% od zapremine maltera u samozbijajućem betonu, i može da varira između ove dve vrednosti zavisno od dobijenih i željenih svojstava paste i maltera. Malter se sastoji od peska, vode, cementa i filera. Pasta je mešavina vode, cementa i filera.

U cilju lakšeg doziranja, a na osnovu rezultata mokrog prosejavanja, može se odlučiti da se sitne čestice u prvoj frakciji ne odvajaju od peska, odnosno da se dozira cela prva frakcija (0/4 mm).

4. Korak – Određivanje sastava paste

Potrebno je sastaviti nekoliko probnih mešavina paste (vode, cementa i praškastih čestica), tako što se usvoji odnos dve komponente, i varira treća. Najčešće se varira količina vode za prethodno usvojen odnos cementa i filera. Konzistencija svake od ovih mešavina ocenjuje se na osnovu testa sa zarubljenim konusom. Za svaku mešavinu utvrđuje se uređeni par podataka (vodo-praškasti faktor ; relativno razlivanje paste nakon izdizanja zarubljenog konusa). Test je prikazan na slici na sledećoj strani, a grafička predstava na slici 1.

0.95

1

1.05

1.1

0 5 10 15 20

Rasprostiranje (cm)

Vw

/ Vp

Slika 1. Određivanje vodopraškastog faktora

5. Korak – Određivanje optimalnog zapreminskog odnosavode i praškastog materijala i doziranje superplastifikatora u malteru

U petom koraku se, sa unapred definisanim odnosimapraškastih komponenata i peska, u uskim granicama, najčešće varira količina vode. Finim podešavanjem potrebnekoličine hemijskog dodatka vrši se korekcija konzistencije i viskoziteta. Superplastifikator vrši redukciju vode pri željenojkonzistenciji, odnosno poboljšava konzistenciju pri istoj količinivode, ali omogućava i da viskozitet mešavine bude dovoljnovisok, da ne dođe do segregacije.Potrebno je da razlivanje maltera u testu sa zarubljenimkonusom (slika na sledećoj strani) bude od 24 do 26 cm.Alternativno ili u kombinaciji sa razlivanjem, koristi se i metoda malog V-levka, za maltere.

Ukoliko su dobijeni parametri u željenim granicama, pretpostavlja se da će betonska mešavina imati potrebnasvojstva samougradljivosti, ili da će se do tih svojstava doći vrlomalom varijacijom već utvrđenih odnosa komponenata, u poslednjem koraku, kada se u mešavini nađe i krupni agregat.

6. Korak – Spravljanje probne betonske mešavine

Sa usvojenim količinama šljunka i peska, krečnjačkog brašna i cementa, kao i vode i superplastifikatora, proverava se konzistencija sveže betonske mešavine, metodama sleganja razlivanjem, V-levka, L-boksa i U-boksa. Očekivana su odstupanja koja se mogu korigovati malim varijacijama u količini sastojaka.

Metode za ispitivanje samozbijajućih betona u svežem stanju:

Metoda razlivanja sleganjem

Ova metoda koristi Abramsov konus (slika na sledećem slajdu) kao osnovni deo opreme za jednostavno ispitivanje razlivanja svežeg betona. Osim konusa, potrebna je i dovoljno velika podloga po kojoj će se beton razlivati.Konus se napuni do vrha svežim betonom i izdiže, baš kao i u metodi sleganja. Usled sopstvene težine beton se sleže i razliva po podlozi.Podaci za ocenu konzistencije ovog betona su srednja vrednost prečnika d=(d1+d2)/2 razlivene betonske mase (nakon što je ona dostigla konstantnu vrednost), i vreme t50potrebno da beton tokom rasprostiranja dostigne prečnik od 50 cm. Sposobnost samozbijanja betona je utoliko veća ukoliko je d veće a vreme t50 manje. Nakon razlivanja je moguće utvrditi meru segregacije betona vizuelnim pregledom.

Preporučene granice za d i t50 su sledeće:

65 cm ≤ d ≤ 80 cm

2 sec ≤ t50 ≤ 5 sec

Slika - Abramsov konus i podloga za određivanje konzistencije samougrađujućeg betona metodom rasprostiranja

Metoda J-prstena (J-ring test)

Ova metoda koristi se da bi se procenila mogućnost prolaska između šipki armature. Oprema se sastoji od čeličnog prstena pravougaonog poprečnog preseka (30mm x 25mm) sa vertikalnim rupama sa navojem, kroz koje se postavljaju šipke armature različitog prečnika i osovinskog rastojanja. Dimenzije su date na slici. Nakon testa se meri razlika visine betona koji je ostao u prstenu i betona koji je prošao između šipki armature.

Metoda V-levka

Za ovu metodu je neophodan levak (slika na sledećoj strani) odgovarajućih dimenzija, koji se koristi za ocenu viskoznosti svežeg samozbijajućeg betona. Širina levka je konstantna po celoj visini i iznosi 7.5 cm. Visina gornjeg, trapezastog dela levka je 450 cm, a dužina stranica 50 cm (gornja) i 7.5 cm (donja). Visina donjeg, pravougaonog dela levka je 15 cm, a dužina stranica 7.5 cm. Sa donje strane levka nalaze se vrata koja se otvaraju i zatvaraju.Levak treba napuniti do vrha betonom, dok su vrata zatvorena. Onda vrata treba otvoriti, čime se beton pušta da slobodno ističe iz V-levka.

Podatak koji u ovoj metodi daje meru viskoznosti mešavine je vreme tVFpotrebno da beton u potpunosti iscuri iz levka. Što je to vreme kraće, to je beton veće fluidnosti.Vreme tVF koje smatramo optimalnim u ovom ogledu kreće se u sledećim granicama:8 sec ≤ tVF ≤ 12 sec

Slika - V-levak za ocenu viskoznosti svežeg samozbijajućeg betona

Metoda U – boksa

Za ovaj ogled potrebno je imati odgovarajuću kutiju, odnosno boks (slika na sledećem slajdu), podeljenu vertikalnom pregradom na dva dela, pri čemu ova pregrada na svom donjem delu visine 190 cm ima rešetku sastavljenu od tri vertikalne šipke armature prečnika 13 mm, ili pet šipki prečnika 10 mm.Ova pregrada ima i pokretna vratanca koja su zatvorena prilikom punjenja levog dela boksa betonom do vrha (680 mm). Pri odizanju pregrade, po principu spojenih sudova beton ispunjava desni deo boksa, do određene visine.

Slika - U-boks test

Ocena samougradljivosti vrši se na osnovu visine H1 u prvom, i visine H2 do koje se beton popeo u drugom delu, nakon podizanja vratanaca. Za one betone za koje je razlika ove dve visine manja, beton je boljih karakteristika, odnosno veća je sposobnost betona da prolazi kroz razmak između šipki armature u konstrukciji, kao i mogućnost popunjavanja prostora između i oko šipki.Potrebno je da ova razlika visina bude u određenim granicama:

0 mm ≤ H1– H2 ≤ 30 mm

Metoda L – boksa

U metodi L-boksa koristi se kutija (slika) u obliku latiničnog slova L, sa dužom stranicom postavljenom horizontalno na podlogu. Na spoju dva dela nalaze se vratanca i armaturna rešetka sa tri šipke rebraste armature Ø12.Vratanca se postave u zatvoreni položaj, pa se vertikalni deo ispuni betonom. Nakon toga se vratanca otvaraju, a beton se pušta da prođe kroz rešetku i ispuni horizontalni deo.Ova metoda daje veći broj pokazatelja samougradljivosti betona. Najpre je tu par podataka df i tf, gde je df rastojanje vratanaca od tačke na horizontalnom delu L-boksa u kojoj se beton zaustavio, a tf vreme potrebno da stigne do te tačke. Mere se i visina H1, na mestu vratanaca, kao i visina H2, do koje se beton popeo na drugom kraju horizontalnog dela L-boksa.

Mera samougradljivosti je odnos H2/H1 ove dve veličine. Bolja svojstva (prolaska kroz armaturni koš i popunjavanja oplate) imaju oni betoni koji za što kraće vreme u što većoj meri prekriju dno horizontalnog dela L-boksa i dostignu visinu H2, koja je što bliža vrednosti H1. Vizuelnim pregledom je moguće utvrditi meru segregacije betona.Odnos dve visine treba da je u relativno uskim granicama:

0.8 ≤ H2/H1 ≤ 1.0

Slika - L-boks test

Fil box test

Ova metoda je poznata i kao ‘Kajima‘ metoda. Koristi se da bi se ocenila sposobnost punjenja kutije betonom sa agregatom krupnoće do 20mm. Osnovni sastavni deo aparature je kutija izrađena od providnog materijala, sa ravnom i glatkom površinom koja ne upija. U kutiji je postavljeno 35 prepreka - horizontalne plastične (PVC) šipke prečnika 20mm na osnom rastojanju od po 50mm. Kutija se kroz levak puni betonom, a na osnovu razlike u visini na njenom početku i na kraju može se dati ocena sposobnosti betona da puni oplatu. Ova metoda daje veoma dobre rezultate, i čak kada beton ima veliku sposobnost razlivanja on se može pokazati lošim prilikom izvođenja ove metode. Mana je u glomaznoj aparaturi i velikoj težini betona, pa se na licu mesta po pravilu ne koristi.

Prosečna mogućnost punjenja:

GTM stabilnost filma

Ovu metodu razvio je francuski preduzimač, firma GTM, kako bi se procenio otpor segregaciji (stabilnost). Potrebno je uzeti 10 litara svežeg betona. On se ostavlja 15 minuta da odstoji kako bi se omogućila unutrašnja segregacija u betonu, ako ona postoji. Zatim se polovina te količine sipa na sito prečnika 5mm koje se nalazi iznad tacne na vagi. Nakon dva minuta meri se masa maltera na tacni koji se dobio ovim prosejavanjem i određuje odnos te mase i ukupne mase koja je sipana na sito. Iako daje dobru ocenu segregacije ispitivanog betona, ova metoda nije pogodna za primenu na licu mesta, pre svega zbog ukupne dužine trajanja, kao i zbog potrebe za preciznim merenjem mase, koje je pod znakom pitanja u takvim uslovima.

Orimet metoda

Ova metoda je razvijena da bi se ocenile karakteristike betona velike obradljivosti i veoma tekićih konzistencija, na licu mesta. Oprema je prikazana na slici. Sastoji se od krute cevi od ravnog i glatkog materijala koji ne upija. Na dno cevi se postavi obrnutikonus prečnika 80mm koji može da se menja. Ovaj prečnik odgovara najkrupnijem zrnu agregata od 20mm, mada se mogu koristiti konusi prečnika od 70mm do 90mm. Po tim konusima ova metoda je i dobila ime, obzirom da oni predstavljaju grlo – orifice. Sa donje strane konusa su vrata koja zatvaraju grlo. Sam postupak ispitivanja sličan je metodi V-levka. Cev se napuni betonom, bez nabijanja i potresanja, površina poravna i sačeka se 10s. Nakon toga se istovremeno otvaraju vrata i startuje štoperica, beton se pušta da isteče kroz konus uz istovremeno merenje vremena potrebnog za taj proces. Optimalno je da to vreme bude manje od 10s.

Orimet metoda – aparatura i postupak

Moguće korektivne mere na osnovu dobijenih rezultata

--++++povećati sadržaj malterac3

--++++povećati sadržaj pastec2

00+-++povećati sadržaj superplasifikatorac1

previsoka granica smicanja (yield value)c

0-0+++koristiti finiji pesakb6

--0+++koristiti finiji filerb5

000+--povećati agens za viskozitetb4

00-+--smanjiti sadržaj superplasifikatorab3

++----smanjiti sadržaj pasteb2

++++--smanjiti sadržaj vodeb1

prenizak viskozitetb

00+-++povećati sadržaj superplasifikatoraa3

--++++povećati sadržaj pastea2

----++povećati sadržaj vodea1

previsok viskoziteta

tečenjeskupljanječvrstoćasegregacijiprolaskakapacitetpunjenja

otpormogućnost

Efekat na:Moguća mera

n.p.n.p.n.p.n.p.n.p.n.p.proveriti uslove testiranjag1

pogrešan rezultatg

--++++povećati sadržaj malteraf3

--++++povećati sadržaj pastef2

---+++smanjiti najveće zrno agregataf1

blokiranjef

??????zameniti filer cementome4

??????koristiti drugi superplastifikatore3

00--00povećati količinu usporivačae2

00--00koristiti cemente sporije reakcijee1

brz pad obradljivostie

--0+++koristiti finiji filerd4

++++--smanjiti sadržaj voded3

--++++povećati sadržaj malterad2

--++++povećati sadržaj pasted1

segregacijad

tečenjeskupljanječvrstoćasegregacijiprolaskapunjenja

otpormogućnostkapacitet

Efekat na:Moguća mera

uglavnom daje lošiji rezultat za beton-

obično ne daje značajne rezultate0

obično daje bolji rezultat za beton+nije primenljivon.p.

nepredvidljivi efekti?

SCC Guidelines May 2005