Download pdf - Tehnologija betona.pdf

8/10/2019 Tehnologija betona.pdf

1/55

Tehnologija betona

~ 1 ~

Univerza v LjubljaniFakulteta za gradbenitvo in geodezijo

Smer:

GGGrrraaadddbbbeeennneeekkkooonnnssstttrrruuukkkccciiijjjeeePredmet:

Izbrana poglavja iz masivnihkonstrukcij

olsko leto: 2014/2015

Cilji predmeta so:- nadgraditi osnovno poznavanje obnaanja masivnih konstrukcij,- podatipodlage za raunsko modeliranje masivnih konstrukcij,-

podati teoretine osnove za nartovanje zahtevnejih masivnih konstrukcij.

Pridobljene kompetence so:- sposobnost snovanja in projektiranja zahtevnejih masivnih konstrukcij

DDrraaggooSSaajjee

TTEEHHNNOOLLOOGGIIJJAABBEETTOONNAA

PREDAVANJA

Ljubljana, 2014


2/55

Tehnologija betona

~ 2 ~

Vsebina

1. Nartovanje betonskega elementa.......................................................................................................................... 5

1.1 Vrste betonov ....................................................... .............................................................. ................................ 6

1.2 Pogoji okolja ....................................................... .............................................................. ................................ 7

1.3 Specifikacija betona .......................................................................................................................................... 9

1.4 Projektiranje sestave betona ............................................................... ............................................................ 11

2. Izdelava betonskega elementa ........................................................ ............................................................... ........ 12

2.1 Sestavine betona ............................................................. .............................................................. ................... 13

2.1.1 Agregat ....................................................................................................................................................... 13

2.1.2 Cement ............................................................ .............................................................. .............................. 15

2.1.3 Voda ..................................................... .............................................................. ......................................... 19

2.1.4 Dodatki ....................................................................................................................................................... 20

2.2 Betonska meanica......................................................... .............................................................. ................... 232.3 Svei beton........................................................... .............................................................. .............................. 24

2.3.1 Obdelavnost ................................................................................................................................................ 24

2.3.2 Vgrajevanje betona ..................................................................................................................................... 25

2.3.3 Nega ..................................................... .............................................................. ......................................... 27

2.3.4 Toplotna obdelava betona ............................................................... ............................................................ 33

2.4 Betonski element ............................................................. .............................................................. ................... 37

2.4.1 Mehanske lastnosti otrdelega betona ................................................................. ......................................... 39

2.4.2 Reoloke lastnosti otrdelega betona........................................................... ................................................. 49

3. Predaja betonskega elementa v uporabo ............................................................................................................. 52

3.1 Trajnost betonskih konstrukcij ........................................................................................................................ 53

Literatura Ukrainczyk, Velimir, BETON: struktura, svojstva, tehnologija, ALCOR, Zagreb, 1994.

Muravljov, Mihailo, OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA, Graevinska knjiga, Beograd,1991.

Saje, Drago, Posebnosti betonov visokih trdnosti, magistrsko delo, FGG, Ljubljana, 1997.

Saje, Drago, Tlana trdnost in krenje betonov visoke trdnosti , doktorsko delo, FGG, Ljubljana, 2001. Beton1. delSpecifikacija, lastnosti, proizvodnja in skladnost, EN 206-1.

Saje , Drago, Bandelj, Branko, Lopati , Joe, Saje, Franc, Notranja nega betona, Zbornik 30. Zborovanjagradbenih konstruktorjev Slovenije, Bled, 2008.


3/55

Tehnologija betona

~ 3 ~

SlikeSlika 1 Prostorninski delei sestavin (a)v sveem in (b)v otrdelem betonu. 13

Slika 2 Fullerjeve in EMPA krivulje doloajo obmoja za izbiro optimalne skupne zrnavostne sestave priizbranem najvejem zrnu agregata.Muravljov, M., OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1991. 14

Slika 3 Vpliv najvejega zrnaagregata in koliine cementa na 28-dnevno tlano trdnost betona.Higginson, E. C., Wallance, G. B., Ore, E. L., EFFECT OF MAXIMUM SIZE OF AGGREGATE ON COMPRESSIVE

STRENGTH OF MASS CONCRETE, Symposium on Mass Concrete, ACI SP-6, 1963. 15

Slika 4 Razvoj trdnosti produktov hidratacije glavnih mineralov portland cementa.

Ukrainczyk, V., BETON: struktura, svojstva, tehnologija, ALCOR, Zagreb, 1994. 19

Slika 5 Vpliv superplastifikatorja in mikrosilike na razpored delcev.Comit Euro-International du Bton: HIGH-STRENGTH CONCRETE, State of the Art Report, FIP/CEB, SR 90/1, Bulletin dInformation No 197, avgust1990. 21

Slika 6 Razmerje med koliino vode in razlezom pri betonu brez in s superplastifikatorjem.Besla, J.,SUPERPLASTIFICIRANI BETON, Graevinski institut Zagreb, Monografije, Broj 1, Sveuilina naklada Liber,Zagreb, 1980. 21

Slika 7 Posed stoca sveega betona. 24Slika 8 Razlez stoca sveegabetona. 25

Slika 9 Znailni potek spreminjanja temperature v betonskem konstrukcijskem elementu in shematini prikazpotrebnega poteka negovanja elementa.[Atcin, P.-C., Neville, A.M., Acker, P., Integrated View of Shrinkage Deformation, Concrete International, september 1997, str. 35 -

41.]. 28

Slika 10 Opa betonskega stebra, ki nosi viadukt rni Kal. 30

Slika 11 Kalupi za vgradnjo betonskih kock inprizem za preiskuanje tlane in upogibne trdnosti. 30

Slika 12 Pritisk sveega betona na opa. 31

Slika 13 Vodoravni pritisk sveega betona na opa. 32

Slika 14 Navpini pritisk sveega betona na nagnjeni opa. 33

Slika 15 Navpini pritisk sveega betona na nagnjeni opa. 33

Slika 16 Normiran potek tlanih trdnosti betonov z razlinimi vrstami cementov.[Gutirrez, P. A., Cnovas, M. F.: THE MODULUS OF ELASTICITY OF HIGH PERFORMANCE CONCRETE, Materialsand Structures, Vol. 28, 1995, str. 559-568.] 34

Slika 17 Vpliv vodocementnega faktorja na velikot tlane trdnosti betona .[Muravljov, Mihailo, OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1991.] 35

Slika 18 Razlini reimi parjenja.[Muravljov, Mihailo, OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1991.] 36

Slika 19 Struktura otrdelega betonaagregatna zrna zapolnjena s cementnim kamnom. 38

Slika 20 Obiajna oblika poruitve betonskega vzorca obteenega z enoosno tlano silo. 40

Slika 21 Skica enoosnega nateznega preizkusa. 42

Slika 22 Skica preizkusa upogibne natezne trdnosti betona. 43

Slika 23 Skica preizkusa cepitvene natezne trdnosti betona. 43

Slika 24 Vpliv nege in vlanosti vzorca med preiskavo na tlano trdnost betona.Ukrainczyk, V.: BETON: struktura, svojstva, tehnologija, ALCOR, Zagreb, 1994. 44

Slika 25 Tipini diagraminapetost - deformacija v tlaku.Nevil, A. M.: SVOJSTVA BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1976. 46

Slika 26 Odvisnost trdnosti betona od hitrosti nanosa obtebeRsch, H.: RESEARCHES TOWARD A GENERAL FLEXURAL THEORY FOR STRUCTURAL CONCRETE, ACIJournal, Proceedings, Vol. 57, No. 1, julij 1960, str. 1-28. 46


4/55

Tehnologija betona

~ 4 ~

Slika 27 Oblika delovnega diagrama betona v nategu ( = 2.84 in = 1.66 ).Marzouk, H., Chen, Z. W.: FRACTURE ENERGY AND TENSION PROPERTIES OF HIGH-STRENGTH CONCRETE,

Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 7, No. 2, maj 1995, str. 108-116. 48

Slika 28 asovni potek deformacij betona v suhem okolju, ki je bil v asu t1 obremenjen in v asu t2razbremenjen.

Ukrainczyk, V.: BETON: struktura, svojstva, tehnologija, ALCOR, Zagreb, 1994. 51

Preglednice0


5/55

Tehnologija betona

~ 5 ~

Razredi izpostavljenosti glede na pogoje okolja v skladu s predpisom

EN206-1. 8

Preglednica 2 Orientacijski trdnostni razredi glede na pogoje okolja v skladu s predpisom EN 206-1. 9

Preglednica 3 Vsebina specifikacije betona. 10

Preglednica 4 Zaporedje operacij pri projektiranju sestave betonske meanice, dane obdelavnosti, trdnosti intrajnosti. 11

Preglednica 5 Vrste in oznake cementov po SIST EN 197-1. 16

Preglednica 6 Stopnje poseda stoca. 24

Preglednica 7 Stopnje Vebe preskusa. 25

Preglednica 8 Stopnje preskusa zbitosti. 25

Preglednica 9 Stopnje preskusa razleza. 25

Preglednica 10 Najmanje dovoljene temperature glede na mere oziroma dimenzije prerezov in temperaturookolice med vgrajevanjem ter v postopku strjevanja. 27

Preglednica 11 Najmanji asi negovanja betona s portland cementom glede pogojev okolja temperature invlanosti.

[Muravljov, Mihailo, OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1991.] 29

Preglednica 12 Dovoljeni padci temperature glede na najmanjo dimenzijo prereza elementa. 29

Preglednica 13 Vrednosti koeficienta pritiska betona na opa, dp.[Muravljov, Mihailo, OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1991.] 32

Preglednica 14 Karakteristine vrednosti tlanih trdnosti izmerjene na standardnih vzorcih.Beton1. delSpecifikacija, lastnosti, proizvodnja in skladnost, EN 206-1. 41

Preglednica 15 Razmerja med nateznimi trdnostmi in tlano trdnostjo.Marzouk, H., Chen, Z. W.: FRACTURE ENERGY AND TENSION PROPERTIES OF HIGH-STRENGTH

CONCRETE, Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 7, No. 2, maj 1995, str. 108-116. 47


6/55

Tehnologija betona

~ 6 ~

UVODV okviru predmeta Izbrana poglavja iz masivnih konstrukcijbomo del asa namenili delom, ki seodvrtijo, predenj zane nartovani betonski element sluiti svojemu namenu.

Betonski element je umeten izdelek, pri izdelavi katerega se odvije niz del, imenovan tehnologijabetona, in obsega:

nartovanje betonskega elementa, izdelavo betonskega elementa,

predajo betonskega elementa v uporabo.

Uporabnik betonskega elementa doloi namen uporabe in predvidi pogoje, ki jim bo le-taizpostavljen. Nartovalec glede na namen uporabe in predvidene pogoje doloi vrsto, lastnosti inkoliino sestavin, nain izdelave, prevoza in vgradnje betonske meanice, nego sveega betona in

razopaenje betonskega elementa.Izdelovalec betonskega elementa le-tega izdela po navodilih nartovalca.Betonska dela obsegajodobavo in pripravo sestavin betona, izdelavo, prevoz in vgrajevanje betonske meanice, negovanjesveega betona, razopaenje, prevoz in vgradnjo betonskega elementa.

Ko betonski element dosee nartovane lastnosti, ga izdelovalec preda uporabniku. Ustreznonartovan in izvedenbetonski element pri pogojih predvidene uporabe preivi ivljensko dobo brez

pokodb. V primeru nepredvidenih vplivov na element ali spremembe namembnosti je potrebnobetonski element popraviti ali izboljati.

1. Nartovanje betonskega elementa

Uporabnik doloi namen uporabe in pogoje, ki jim bo betonski element izpostavljen.

Nartovalec projektant doloi sestavine betona. Za vsako sestavino doloi vrsto, kvaliteto inkoliino le-te v betonski meanici. Zbrani podatki o betonski meanci se imenujejo receptura

betona. Nartovalec glede na namen uporabe in predvidene pogoje doloi e nain izdelave,prevoza in vgradnje betonske meanice, nego sveega betona ter razopaenje betonskega elementa.

Nartovalec izdela projekt betona, ki vsebuje:

zahtevane lastnosti betona v asu uporabe,

pogoje za izbiro, dobavo in uporabo sestavin betona,

predpisane postopke hranjenja in uporabe sveega betona in betona v asu strjevanja, predpisan nain, vrsto in pogostost preverjanja in zagotavljanja kvalitete.


7/55

Tehnologija betona

~ 7 ~

1.1 Vrste betonov

Beton je meanica agregata, veziva, vode in dodatkov.

Glede na stopnjo strjevanja loimo:

svei beton, otrdeli beton.

Svei beton je v plastinem stanju. Lahko ga plastino oblikujemo in zgostimo.

Otrdeli beton je beton, ki ga ne moremo ve plastino preoblikovati ali zgostiti.

Glede na prostorninsko maso loimo:

normalno teki beton, lahki beton,

teki beton.

Normalno teki beton je beton, katerega specifina tea v otrdelem stanju, po segretju na105C, znaa ve kot 2000 kg/m3, vendar pa ne ve kot 2800 kg/m3.

Lahki beton je beton, katerega specifina tea v otrdelem stanju, po segretju na 105C, znaamanj kot 2000 kg/m3. Lahki betoni vsebujejo agregat s porozno strukturo.

Teki beton je beton,katerega specifina tea v otrdelem stanju, po segretju na 105C, znaave kot 2800 kg/m3.

Glede na v otrdelem stanju doseeno tlano trdnost loimo: betone normalne trdnosti,

betone visoke trdnosti,

betone ultra visoke trdnosti.

Trdnostni razredi betonov normalne trdnosti se gibljejo med C12/15 in C50/60.

Trdnostni razredi betonov visoke trdnosti se gibljejo med C55/67 in C90/105.

Betoni ultra visoke trdnosti dosegajo tlane trdnosti vije kot 100 MPa.

Glede na vrsto ojaitve loimo: nearmirani beton,

armirani beton:

o z vzdolno armaturo armirani beton,o vlaknasti beton,

o z vzdolno armaturo armirani beton z vlakni,o prednapeti beton.

Specialni betoni poleg osnovnih sestavin betona vsebujejo dodatke, ki vplivajo na njihove lastnosti:

prostorninsko maso:o teki betoni (agregat),o lahki betoni (lahek agregat, penila, ),


8/55

Tehnologija betona

~ 8 ~

tlano trdnost:o betoni visoke trdnosti (nizko vodovezivno razmerje, mineralni dodatki, ),

natezno trdnost in ilavost:o vlaknasti betoni (jeklena vlakna),

o ferocementni betoni (ine mree),o polimerni betoni (lateks, akril, vinil-acetat, ),

trajnost:o impregnirani betoni (siloksan, silan, ),o polimerni betoni,

o poarno odporni betoni (poarnoodporni agregat, aluminatni cement), krenje in lezenje:

o prepakt betoni (zbit grobi agregat, injektiranje),

o ekspanzivni betoni (ekspanzivni cement, ekspanzivni mineralni dodatki),

hidratacijsko toploto:

o uvaljani betoni (manja vsebnost vode, manja vsebnost cementa, bolj grobastruktura betona),

o betoni s pucolanskimi dodatki (elektrofilterski pepel),

izgled:

o dekorativni betoni (struktura betona, osnovni materiali, ).

1.2 Pogoji okolja

Betonski element se lahko nahaja v okolju, kjer:

ni nevarnosti agresivnega vpliva ali korozije,

je nevarnost korozije zaradi karbonatizacije,

je nevarnost korozije zaradi kloridov,

je nevarnost korozije zaradi kloridov v morski vodi,

je nevarnost ciklinega zmrzovanja in odtaljevanja, je nevarnost keminih vplivov.

V preglednici 1 so navedeni razredi izpostavljenosti betona pogojem okolja, v preglednici 2 pa njim

ustrezni orientacijski trdnostni razredi.


9/55

Tehnologija betona

~ 9 ~

Preglednica 1 Razredi izpostavljenosti glede na pogoje okolja v skladu s predpisom

EN 206-1.

Oznaka

razredaOpis okolja

Orientacijski primeri, kjer se lahko pojavi razred

izpostavljenosti

1 Ni nevarnosti korozije ali agresivnega delovanja

X0 Pri betonu brez armature ali vgrajenih kovinskih

delov: vse vrste izpostavljenosti z izjemozmrzovanja / tajanja, obrusa ali keminegadelovanja

Pri betonu z armaturo in vgrajenimi kovinskimi

deli: zelo suho

Beton v stavbah z zelo nizko vlanostjo zraka

2 Korozija zaradi karbonatizacije

XC1 Suho ali trajno mokro Beton v stavbah z nizko vlanostjo zrakaBeton, stalno potopljen v vodi

XC2 Mokro, le redko suho Betonske povrine vdolgotrajnem dotiku z vodotevilni temelji

XC3 Zmerno vlano Beton v stavbah z zmerno ali visoko vlanostjo zraka

Zunanji beton, zaiten pred dejemXC4 Izmenino mokro in suho Betonske povrine v dotiku z vodo, ki ne sodijo v razredizpostavljenosti XC2

3 Korozija zaradi kloridov

XD1 Zmerno vlano Betonske povrine, izpostavljene kloridom, ki jih prenaazrak

XD2 Mokro, redko suho Plavalni bazeniBetonski deli, izpostavljeni industrijskim vodam, ki

vsebujejo kloride

XD3 Izmenino mokro in suho Deli mostov, izpostavljeni prcu, ki vsebuje klorideTlaki

Ploe parkiri

4 Korozija zaradi kloridov iz morske vode

XS1 Izpostavljeno soli, ki jo prenaa zrak, vendar ne vneposrednem dotiku z morsko vodo

Konstrukcije blizu obale ali ob njej

XS2 Trajno potopljeno Deli morskih konstrukcij

XS3 Obmoja plimovanja, kropljenja in prenja Deli morskih konstrukcij

5 Zmrzovanje/tajanje

XF1 Zmerna nasienost z vodo, brez sredstva zatajanje

Navpine betonske povrine, izpostavljene deju inzmrzovanju

XF2 Zmerna nasienost z vodo, ki vsebuje sredstvo zatajanje

Navpine betonske povrine cestnih konstrukcij,izpostavljenih zmrzovanju in sredstvom za tajanje, ki se

prenaajo po zraku

XF3 Velika nasienost z vodo, ki ne vsebuje sredstevza tajanje

Vodoravne betonske povrine, izpostavljene deju inzmrzovanju

XF4 Velika nasienost z vodo, ki vsebuje sredstvo zatajanje, ali z morsko vodo

Vozia cest in mostov, ki so izpostavljena sredstvom zatajanje

Betonske povrine, izpostavljene neposrednemu prcu, kivsebuje sredstva za tajanje in zmrzovanje

Obmoja kropljenja morskih konstrukcij, ki soizpostavljena zmrzovanju

6 Kemino delovanje

XA1 Blago kemino agresivno okolje Naravne zemljine in talna voda

XA2 Zmerno kemino agresivno okolje Naravne zemljine in talna voda

XA3 Mono kemino agresivno okolje Naravne zemljine in talna voda


10/55

Tehnologija betona

~ 10 ~

Preglednica 2 Orientacijski trdnostni razredi glede na pogoje okolja v skladu s predpisom EN

206-1.

Korozija

Korozija zaradi karbonacije Korozija zaradi kloridovKorozija zaradi kloridov iz

morske vode

XC1 XC2 XC3 XC4 XD1 XD2 XD3 XS1 XS2 XS3

Orientacijskitrdnostni razred C20/25 C25/30 C30/37 C30/37 C35/45 C30/37 C35/45

Pokodbe betonaNi nevarnostii Zmrzovanje/tajanje Kemino delovanje

X0 XF1 XF2 XF3 XA1 XA2 XA3

Orientacijskitrdnostni razred

C12/15 C30/37 C25/30 C30/37 C30/37 C35/45

1.3 Specifikacija betona

Podroben opis betona, imenovan specifikacija betona, mora po predpisu upotevati:

uporabo sveega in strjenega betona, pogoje negovanja,

dimenzije konstrukcije zaradi razvijanja hidratacijske toplote,

vplive okolja, katerim bo konstrukcija izpostavljena,

zahteve za agregat, izpostavljen na povrini, ali za strojno obdelano povrino, zahteve v zvezi z zaitnim slojem nad armaturo ali najmanjo dimenzijo prereza, kot je na

primer najveja nazivna zgornja velikost agregata, omejitve glede uporabe osnovnih materialov z ugotovljeno primernostjo, na primer zaradi

stopnje izpostavljenosti.

Podroben opis betonaspecifikacija betona je podana v obliki:

projektiranega betona,

predpisanega betona,

standardiziranega predpisanega betona.

V preglednici 3 je navedeno, kaj mora vsebovati posamezna oblika podrobnega opisa betona.


11/55

Tehnologija betona

~ 11 ~

Preglednica 3 Vsebina specifikacije betona.

Projektirani beton Predpisani beton Standardizirani predpisani beton

Osnovne

zahteve:

a)

zahtevo po skladnosti z EN 206-1,

b) razred tlane trdnosti,c) stopnje izpostavljenosti,d) nazivno velikost najvejega zrna

agregata,

e)

razred vsebnosti kloridov,

dodatno za lahki beton:

f) razred gostote ali ciljno gostoto,

dodatno za teki beton:g) ciljno gostoto,

dodatno za transportni in na gradbiuzameani beton:h) stopnjo konsistence, ali v posebnih

primerih, ciljno vrednostkonsistence.

a)

zahtevo po skladnosti z EN 206-1,

b) vsebnost cementa,c) vrsto in trdnostni razred cementa,d) vodocementno razmerje ali

konsistenco izraeno s stopnjo, aliv posebnih primerih, s ciljnovrednostjo,

e) vrsto in kategorije agregata ternajvejo vsebnost klorida, vprimeru lahkega ali tekega betonapa najvejo oziroma najmanjogostoto agregata,

f)

nazivno velikost najvejega zrnaagregata in kakrne koli omejitveglede zrnavosti,

g) vrsto in koliino kemijskega alimineralnega dodatka, e seuporabi,

h)poreklo kemijskega ali

mineralnega dodatka, e seuporabi, in poreklo cementa.

-

veljavni standard v kraju uporabe

betona, ki navaja bistvene zahteve,-oznabo betona v tem standardu.

Dodatnezahteve:

-posebne vrste ali razredi cementa(na primer cement z nizko toploto

hidratacije),-posebne vrste ali razredi agregata

(za zmanjanje kodljive alkalno-silikatne reakcije),

-zahtevane karakteristike zaodpornost proti pokodbam zaradizmrzovanja in tajanja (na primervsebnost zraka),

-zahteve za temperaturo sveegabetona,

-

asovni prirast trdnosti,-razvijanje toplote med hidratacijo,-upoasnjeno strjevanje,-odpornost proti prodoru vode,-odpornost proti obrusu,-

cepilna natezna trdnost,

-druge tehnine zahteve (na primerzahteve glede doseganja posebnepovrinske obdelave ali posebnihpostopkov vgrajevanja).

-poreklo nekaterih ali vseh sestavinbetona,

-dodatne zahteve za agregate,-zahteve za temperaturo sveegabetona,

-

druge tehnine zahteve.

Uporaba: -za vse vrste betonov. -za vse vrste betonov. -za normalno teke betone vnearmiranih in armiranih

konstrukcijah,-za betone, projektirane razrede

tlane trdnosti veje ali enake kotC16/20, razen e veljavni predpisi vkraju uporabe dovoljujejo najmanjitrdnostni razred C20/25,

-za betone s stopnjoizpostavljenostiX0 in XC1, razen e veljavnipredpisi v kraju uporabe betonadovoljujejo druge stopnjeizpostavljenosti.


12/55

Tehnologija betona

~ 12 ~

1.4 Projektiranje sestave betona

Med nartovanjem sestave betona je treba najprej zbrati podatke o:

a) razpololjivih sestavnih materialih:

o cementu, kot so trdnost, specifina tea, zaetek vezanja, ,o

agregatu, kot so mineralna in kemina sestava kamnin, zrnavostna sestava, vpijanjevode, vlanost posameznefrakcije, ,

o vodi,

o dodatkih, kot so njihove lastnosti in skladnost z ostalimi sestavinami betona,

b) tehnologijah izdelave betonskega elementa:

o nainu meanja betona,o transportu betona,

o nainu vgradnje,o postopku zgoevanja,o nadzoru izvedbe,

c) podatki iz projekta konstrukcije:

o

velikosti elementa,o stopnji armiranja,

o pogojih okolja,

o podatkih o nainu izvedbe, kot so montane konstrukcije, posebne zahtevenegovanja, teja dostopnost elementa,

V preglednici 4 je navedeno zaporedje operacij pri projektiranju sestave betonske meanice, ki gaizvajamo s ponovitvami, dokler niso zadoeni vsi zahtevani oziroma predpisani pogoji.

Preglednica 4

Zaporedje operacij pri projektiranju sestave betonske meanice, daneobdelavnosti, trdnosti in trajnosti.

1. Konsistenca sveega betona glede na predpisano obdelavnost

2. Premera najvejega zrna agregataDmax glede na dimenzije prereza betona in armature

3. Vsebnost zranih porz zajetih ali vneenih z dodatkom

4. Koliina vode V po priporoilih

5. Vodo-vezivni oziroma vodo-cementni faktor V/C glede na zahtevano trdnost betona ob upotevanju pogojev okolja

6. Koliina veziva oziroma cementa C C= V/ (V/C)

7. Koliina agregataA A= [1m3VC/Cz]A

8. Zrnavostna sestava agregata A= Ai= AipiVAi

LABORATORIJSKE PREISKAVE

9. Vlanost agregata za skupno koliino zajete vode v vseh frakcijah agregata se zmanjakoliina vode V, da ohranimo predpisani V/Cfaktor

10.Izdelava poskusne meanice na podlagi zgoraj doloenih razmerij sestavin, za preverjanje konsistence

11.Preverjanje lastnosti sveega betona e beton vsebuje projektirane vrednosti gostote in koliine zranih por

12.Izdelava preizkuancev

13.Preverjanje lastnosti otrdelega betona e beton dosega zahtevan trdnostni razred

14.Izbira koliin sestavnih materialovbetona receptura betona


13/55

Tehnologija betona

~ 13 ~

2. Izdelava betonskega elementa

Ko dobi izdelovalec v roke nart betona projekt betona, se kona niz del v okviru nartovanja inprehajamo na niz del v okviru izdelave betonskega elementa.

Izdelovalec proizvajalec betonskega elementa le-tega izdela po navodilih nartovalca glede nanamen uporabe in predvidene pogoje, ki jim bo izpostavljen.

Betonska dela obsegajo:

dobavo sestavin betona,

pripravo sestavin betona,

izdelavo betonske meanice, prevoz betonske meanice,

vgrajevanje betonske meanice,

negovanje sveega betona,

razopaenje betonskega elementa, prevoz betonskega elementa,

vgradnjo betonskega elementa.


14/55

Tehnologija betona

~ 14 ~

2.1 Sestavine betona

Beton je meanica raznovrstnih, med seboj povezanih sestavin je heterogen material.

V irempomenu besede so betoni vsi umetni kamni iz agregata, ki tvori nosilni skelet, in veziva; vojem pomenu besede pa je beton umetni kamen iz mineralnega agregata in silikatnega veziva.

Slika 1 Prostorninski delei sestavin (a) v sveem in (b) v otrdelem betonu.

2.1.1 Agregat

Agregat ima v betonu tri osnovne naloge: zrna agregata tvorijo skelet, ki daje betonu trdnost in togost,

betonu daje dimenzijsko stabilnost, to je zmanjuje dolgotrajne volumske spremembeznailne za cementni kamen,

je relativno poceni, kar prispeva k ekonominosti betonskih konstrukcij.

Lastnosti doloene vrste agregata, ki pomembno vplivajo na lastnosti betona so:

mineraloko-petrografska sestava v prvi vrsti vpliva na mehanske karakteristike in trajnostotrdelega betona,

zrnavostna sestava vpliva predvsem na obdelavnost sveega betona, gostoto inekonominost betona,

(b)zrani mehurkiin kapilarne pore

13-26%

14-38% drobni agregat

35-40% grobi agregat

matrica

kamniti skelet

25-30% cementni kamen

70-75% agregat

4-12%

trdni del cement-

nega kamna

(a) 1-2% zrani mehurki

15-20% voda

8-14% cement

14-38% drobni agregat

35-40% grobi agregat

25-30% cementna pasta

70-75% agregat


15/55

Tehnologija betona

~ 15 ~

oblika in tekstura zrn vplivata na obdelavnost sveega betona ter sprijemnost cementnegakamna in agregata v otrdelem betonu.

Agregat obiajno predstavlja priblino tri etrtine volumna betona, zato je razumljivo, da ima velikvpliv na lastnosti sveega in otrdelega betona.

Agregate za proizvodnjo betona delimo na naravne in umetne. Naravni agregati se pridobivajo izrenih nanosov ali pa v kamnolomih z drobljenjem vejih kamnitih skladov. Umetne agregate seobiajno proizvaja v doloene namene, kot je na primer proizvodnja lahkoagregatnih betonov.

Groba zrna agregata tvorijo v betonu skelet. Ker ima agregat vejo togost kot cementni kamen, sepreko njega prenaa veji del obremenitve. Drobna zrna pa skupaj s cementno pasto predstavljajocementno malto.

Groba zrna agregata se v proizvodnji razvrajo v frakcije, da med transportom ne bi prilo dosegregacije vejih zrn. Poleg tega pa se lahko sestavi agregat z optimalno zrnavostno sestavo, ki jetakna, da se dosee im gostejo porazdelitev zrn, ki daje v betonu najmanj praznin. Obiajnenazivne frakcije pri proizvodnji agregata so 0/4, 4/8, 8/16, 16/32, 32/63, 63/125 mm.

Slika 2 Fullerjeve in EMPA krivulje doloajo obmoja za izbiro optimalne skupne

zrnavostne sestave pri izbranem najvejem zrnu agregata.Muravljov, M., OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1991.

im veje je najveje zrno agregata, tem manja je skupna povrina agregata, zaradi tega pa je tudimanja potrebna koliina cementne paste za obvitje vseh zrn. Z raziritvijo zrnavostne sestave protivejim frakcijam agregata se pri enaki obdelavnosti sveega betona zmanja vodocementnorazmerje. Po drugi strani pa veja zrna onemogoajo dobro povezavo cementnega kamna, kar

povzroa veje natezne napetosti okoli zrn, zaradi esar se povea mikrorazpokanost eneobremenjenega betona. Posledice teh medsebojno nasprotujoih vplivov so razvidne izeksperimentalnih rezultatov prikazanih na sliki 3.

eprav mineraloka in petrografska sestava pomembno vplivata na trdnost agregata, pa igrajo pritem pomembno vlogo tudi drugi faktorji, kot sta na primer razstreljevanje in drobljenje kamnitih

skladov pri pridobivanju drobljenca. Med razstreljevanjem in drobljenjem lahko pride do pokodb vmikrostrukturi, to je do mikrorazpokanosti agregata. To je eden izmed razlogov, zaradi katerega se

pri betonih z manjimi najvejimi zrni agregata dosegajo vije trdnosti.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.125 0.25 0.5 1 2 4 8 16 31.5 63

di[mm]

yi[%]

Fuller

EMPA

Series2

Series6

Series3

Series7

Series4

Series8


16/55

Tehnologija betona

~ 16 ~

fcMPa

dmaxmm

50

40

30

20

10

08 16 32 63 125

390 kg/m3

330 kg/m

280 kg/m3

170 kg/m

Slika 3

Vpliv najvejega zrnaagregata in koliine cementa na 28-dnevno tlano trdnostbetona.

Higginson, E. C., Wallance, G. B., Ore, E. L., EFFECT OF MAXIMUM SIZE OF AGGREGATE ON COMPRESSIVE

STRENGTH OF MASS CONCRETE, Symposium on Mass Concrete, ACI SP-6, 1963.

Drobljeni agregati imajo obiajno bolj homogeno strukturo in vijo trdnost v primerjavi z renimagregatom. Zaradi bolj homogene strukture so v obremenjenem betonu manje koncentracijenapetosti. Pri ostrorobih zrnih je kopienje vodnega filma manje, kar ugodno vpliva na trdnost instrukturo stinega obmoja, taka zrna pa se tudi raje zaklinjajo, zaradi esar se povea nateznatrdnost betona. Nekoliko slabo vgradljivost betonske meanice, ki vsebuje drobljeni agregat, pa

lahko izboljamo z uporabo kemijskih dodatkov.Razne primesi in neistoe v agregatu neugodno vplivajo na kvaliteto betona, zato je v predpisihnjihova koliina omejena. Ker je pri visokotrdnih betonih vpliv posameznih sestavin na lastnosti

betona e veji, je istost agregata toliko bolj pomembna.

2.1.2 Cement

Cement je prakasti material, ki s primeano vodo, kemijskimi reakcijami in spremljajoimifizikalnimi procesi prehaja v otrdelo cementno pasto ali cementni kamen. Pri tem postopno razvija

svoje kohezijske in adhezijske lastnosti, ki omogoajo, da povee zrna agregata v kompaktno masobetona. Obstaja veliko vrst cementov (preglednica 4).


17/55

Tehnologija betona

~ 17 ~

Preglednica 5 Vrste in oznake cementov po SIST EN 197-1.

glavna vrsta ime cementa oznaka

CEM I Portlandski cement CEM I

CEM II Portlandski cement z dodatkom lindre CEM II/A-S

CEM II/B-S

Portlandski cement z dodatkom mikrosilike CEM II/A-D

Portlandski cement z dodatkom pucolana CEM II/A-P

CEM II/B-P

CEM II/A-Q

CEM II/B-Q

Portlandski cement z dodatkom elektrofiltrskega pepela CEM II/A-V

CEM II/B-V

CEM II/A-W

CEM II/B-W

Portlandski cement z dodatkom ganega skrilavca CEM II/A-T

CEM II/B-T

Portlandski cement z dodatkom apnenca CEM II/A-L

CEM II/B-L

CEM II/A-LL

CEM II/B-LL

Portlandski meani cement CEM II/A-M

CEM II/B-M

CEM III lindrin cement CEM III/A

CEM III/B

CEM III/C

CEM IV Pucolanski cement CEM IV/A

CEM IV/B

CEM V Meani cement CEM V/A

CEM V/B

V gradbenitvu se najpogosteje uporablja portland cement. Osnovne surovine za pridobivanjeportland cementa morajo vsebovati okside kalcija, silicija, aluminija in eleza, ki se v naravi vvejih koliinah nahajajo v apnencih in glinah. V procesu transformacije osnovnih surovin vcementni kamen se odvijata dve fazi kemijskih pretvorb, to sta proizvodnja cementa in hidratacija

cementa kot dela betonske meanice. Po definiciji je portland cement hidravlino vezivoproizvedeno z mletjem klinkerja, ki se mu istoasno dodaja sadra.

Proizvodnja portland cementa

Proizvodnja cementa sestoji iz mletja surovin, ki jih v doloenem razmerju zmeamo, potemmeanico peemo v rotacijskih peeh pri temperaturi okoli 1400 C, pri emer se posamezni delcikamnin zlijejo. Pri temperaturi 1100 C nastanejo posamezne grudice, to je cementni klinker, ki gahladimo v bobnastih hladilnikih in nato meljemo v droben prah in dodajamo surovi mavec ali sadro.

Kemijska in mineraloka sestava portland cementa

Kemijska in mineraloka sestava kot tudi finost mletja so pomembni parametri, ki jih je trebaupotevati pri izbiri cementa za izdelavo betona.


18/55

Tehnologija betona

~ 18 ~

Portland cement ima sorazmerno konstantno kemijsko sestavo:

vezani kalcijev oksid CaO 62-67 %,

silicijev dioksid SiO2 19-25 %,

dialuminijev trioksid Al2O3 2-8 %,

dielezov trioksid Fe2O3 1-5 %, veplov trioksid SO3 3.5-4.5 %, nevezan kalcijev oksid CaO 2 %,

magnezijev oksid MgO 5 %,

baze Na2O, K2O 0.5-1.3 %.

V kemiji cementa so obiajne naslednje okrajave:

C za CaO,

S za SiO2,

A za Al2O3,

F za Fe2O3,

S za SO3,

M za MgO,

H za H2O.

Nosilci lastnosti cementa so tirje glavni minerali:

trikalcijev silikat ali alit 3CaOSiO2ali C3S 45-60 %, dikalcijev silikat ali belit 2CaOSiO2ali C2S 20-30 %,

trikalcijev aluminat ali aluminatna faza 3CaOAl2O3ali C3A 4-12 %,

tetrakalcijev aluminat ferit ali feritna faza 4CaOAl2O3Fe2O3ali C4AF 10-20 %.

Kalcijevih silikatov je v portland cementu najve in imajo najpomembneji vpliv na njegovo trdnostin hidratacijsko toploto. Aluminatna faza v portland cementu obiajno ni zaeljena, ker veliko

pripomore k zgodnji trdnosti, kasneje pa je lahko vzrok korozijskega razpadanja betona, posebno

tistega, ki je izpostavljen delovanju sulfatov. Pri reakciji med aluminatno fazo in sulfati nastaja

etringit C3A3C S H32, ki raste z nadaljnjim vezanjem velikega tevila molekul kristalne vode inlahko rui beton. Feritna faza nima pomembnega vpliva na lastnosti portland cementa.

Sadra se dodaja med mletjem klinkerja sorazmerno koliini aluminatne faze. Z njo uravnavamo asvezanja cementa oziroma prepreujemo trenutniproces vezanja, doseemo pa tudi formiranjeetringita, ki ima v zgodnji fazi strjevanja cementa prostor za rast, ne da bi s tem ruil strukturocementnega kamna. Tako ostanejo na razpolago manje koliine aluminatne faze za reakcijo z votrdeli beton naknadno penetriranimi sulfati iz atmosfere. Pri preveliki koliini dodane sadre pridedo porozneje strukture betona.

Med sestavinami cementa, ki so zastopane v manjih koliinah, imajo pomembno vlogo baze.Lahko reagirajo z nekaterimi reaktivnimi agregati in s tem izzovejo razpadanje betona. V povezavi

s koliino sadre lahko baze pomembno vplivajo na hitrost prirastka trdnosti cementa.


19/55

Tehnologija betona

~ 19 ~

Hidratacija cementa

Takoj po zmeanju cementa in vode se zane proces hidratacije, pri katerem molekule vode obvijajoione trdnih delcev cementa in na ta nain omogoajo, da se bolje uredijo v novo nastale gelske inkristalne strukture. Med tem procesom silikati in aluminati formirajo produkte hidratacije, plastinacementna pasta pa postopno prehaja v otrdelo, hidratizirano cementno pasto.

Cementi z vejo koliino alita hidratizirajo hitreje kot belitni cementi. Zapisano z enabami potekahidratacija takole:

hidratacija alita: 2C3S + 6H C3S2H3+ 3Ca(OH)2,

hidratacija belita: 2C2S + 4H C3S2H3+ Ca(OH)2.

Oba silikata potrebujeta priblino enako koliino vode za hidratacijo. Pri hidrataciji alita pa nastanedvakrat toliko kalcijevega hidroksida kot pri hidrataciji belita.

Produkti hidratacije silikatov, to so kalcijevi silikat hidrati, se imenujejo tudi C-S-H gel.

Kot smo e povedali, bi bila reakcija aluminatne faze z vodo trenutna, e tega ne bi prepreevaldodatek sadre. Kljub temu pa ostaja hitrost te reakcije veja od hitrosti reakcije kalcijevih silikatovin izgleda takole:

hidratacija aluminatne faze: C3A+3C S H2+26H C3A3C S H32.

Podobno kot aluminatna faza, vendar znatno poasneje, hidratizira tudi feritna faza.

Hidratacija aluminatne faze zahteva dale najvejo koliino vode.

Hitrosti reakcij glavnih komponent cementa so zelo razline. 80 % hidratacije alita se izvri v 10dneh, belita v 100, aluminatne faze v 6 in feritne faze v 50 dneh.

Potek procesa hidratacije

Cementna pasta je takoj po zmeanju cementa in vode v tekoem stanju. Cementna zrnca sodispergirana v vodi, njihov razmak pa je odvisen od koliine dodane vode. Zelo velika specifina

povrina cementa prepreuje njegovo oddvajanje od vode in tudi segregacija zrnc cementa vsuspenziji poteka zelo poasi. V drugi fazi, po priblino dveh urah cementna pasta ni ve takotekoa, vendar pa je vgradljivost e mona. Na povrini zrnc so igliasti minerali etringita in

prepleteni listii kalcijevega silikat hidrata. V tem asu postane voda zasiena s kalcijevimhidroksidom in zane se kristalizacija kalcijevega hidroksida v heksagonalne oblike. Po priblinoenem dnevu, ko se je zakljuilo vezanje cementne paste, se zane tretja faza. Takrat hidratiziranacementna pasta e nima zadostne trdnosti. S hidratacijo na povrini zrnc cementa se prostori medzrnci zapolnjujejo s C-S-H gelom in velikimi kristali kalcijevega hidroksida. Paliice in listii gela

se medsebojno prepletajo in povezujejo ter tako tvorijo trdno stukturo, ki je ojaana tudi z drugimiprodukti hidratacije. Po sedmih dneh pa dosee hidratizirana cementna pasta e znatno trdnost.Struktura se e dalje zapolnjuje, gel pa postaja vse gosteji. Mnoge pore ostanejo e naprejnezapolnjene, velik del zrnc cementa pa je e vedno nehidratiziran. Hidratacija cementa lahko trajave let dokler sta na razpolago nehidratizirani cement in voda.

Hidratacijska toplota in trdnost

Koliino toplote enega grama nehidratiziranega cementa, ki se sprosti med hidratacijo, imenujemohidratacijska toplota. Skupna koliina hidratacijske toplote cementa je priblino enaka setevkuhidratacijskih toplot njegovih posameznih komponent. Tako lahko na podlagi znane mineralokesestave cementa ocenimo njegovo hidratacijsko toploto.


20/55

Tehnologija betona

~ 20 ~

Hidratacijska toplota alita je 502 J/g, belita 260, aluminatne faze 867 in feritne faze 419 J/g. Glede

na to vidimo, da se lahko z zmanjanjem koliine alita in aluminatne faze zmanja skupnahidratacijska toplota cementa, s tem pa tudi hitrost sproanja toplote. Zmanjanje hidratacijsketoplote ima tudi ugoden vpliv na visoko konno trdnost.

Trdnost cementa in njen asovni prirastek sta odvisna od mineraloke sestave, kar je razvidno izslike 4. Vendar se iz razmerja mineralov ne da napovedati trdnosti cementa, kot v primeru

hidratacijske toplote.

Alit najve doprinese k trdnosti v prvih tirih dneh, belit pa vpliva na kasneji prirast trdnosti. Poenem letu imata oba priblino enak doprinos. Druga dva minerala pa malo vplivata na konnotrdnost.

eprav veja koliina alita prispeva k visoki zaetni in visoki konni trdnosti cementne paste, pa nesmemo zanemariti razmerja belita proti alitu. im veje je to razmerje, tem veji je prispevek hkonni trdnosti.

Slika 4 Razvoj trdnosti produktov hidratacije glavnih mineralov portland cementa.Ukrainczyk, V., BETON: struktura, svojstva, tehnologija, ALCOR, Zagreb, 1994.

Velik vpliv na potrebo po vodi in na vgradljivost imata vsebnost aluminatne faze in finost mletja.

2.1.3 Voda

Voda je osnovna sestavina vsake betonske meanice. Brez nje ne bi bil mogo proces hidratacijecementa. Poleg tega pa omogoa potrebno viskoznost sveebetonske meanice ter zadovoljivovgradljivost in konno obdelavnost betona. Glede na to lahko reemo, da je voda pomembna tako sstalia kvalitete kot tudi kvantitete.

Za izdelavo betona uporabljamo vodo, za katero je dokazano, da je primerna za izdelavo betona. Ne

sme vsebovati snovi, ki bi neugodno vplivale na proces hidratacije cementa, prav tako pa ne smejopovzroati korozije armature v armiranobetonskih konstrukcijah.

0

20

40

60

80

0 90 180 270 360

t[dnevi]

[MPa]

C3S

C4AF

C3A

C2S


21/55

Tehnologija betona

~ 21 ~

Navadno pitno vodo lahko uporabljamo tudi brez posebnega dokaza o primernosti za izdelavo

betona.

2.1.4 Dodatki

Dodatki betonu so snovi, ki spremenijo lastnosti sveega ali otrdelega betona. Obiajno se dodajajov promilih ali procentih glede na koliino cementa v betonski meanici, ker s svojim kemijskim alifizikalnim delovanjem zelo uinkovito spreminjajo lastnosti cementne paste.

Natejmo nekaj najpomembnejih monosti spreminjanja lastnosti sveega in otrdelega betona:

poveanje obdelavnosti sveega betona, ne da bi se pri tem poveala koliina vode, alizmanjanje koliine vode pri enaki obdelavnosti,

pospeevanje ali zavlaevanje zaetka vezanja cementa, zmanjevanje ali prepreevanje plastinega krenja ali povzroanje ekspanzije,

sprememba hitrosti izcejanja ali skupno izcejanje vode iz betona,

zmanjanje segregacije, izboljanje rpnosti betona, zmanjanje izgube obdelavnosti, prepreevanje zmrzovanja sveega betona, zadrevanje ali zmanjevanje razvoja toplote v mladem betonu zaradi hidratacije, poveevanje trdnosti, poveevanje trajnosti betona, zmanjevanje propustnosti betona, prepreevanje kodljivih vplivov bazinih komponent cementa na sestavine betona,

izboljanje povezave med starim in novim betonom, poveanje udarne in erozijske odpornosti, izboljanje zaite armature v betonu, barvanje betona ali malte.

Glede na sestavo in vpliv na lastnosti betona loimo tri glavne skupine dodatkov, to so povrinskoaktivne snovi, topne kemikalije in praktino netopni minerali.

V standardih so kemijski dodatkirazvreni glede na namembnost. Loimo aerante, plastifikatorje,superplastifikatorje, superplastifikatorje nove generacije, fluidifikatorje, zaviralce in pospeevalcevezanja, pospeevalce strjevanja, zgoevalce, dodatke za betoniranje pri nizkih temperaturah indruge.

Mineralni dodatki se dodajajo betonu v vejih koliinah. Sem lahko uvramo drobno mletepucolane, granulirano lindro visokih pei, elektrofilterski pepel, odpadni prah pri proizvodnjiferosilicija in silicija, apnenec. Pri nas se najpogosteje dodajajo v proizvodnji cementa, da se

zmanja poraba energije. Poleg tega imajo ugoden vpliv na tehnine lastnosti betona, kot sotermine lastnosti, kemina odpornost, pojav razpok, izboljanje obdelavnosti sveega betona intudi trdnost.


22/55

Tehnologija betona

~ 22 ~

isokotrdni

etoni

tekoibetonis superplastifikatorjem

brez superplastifikatorja

120 140 160 180 200 220 240

koliina vode v kg/m3

60

50

40

30

razlez v cm

Tudipolimerni dodatkise vse pogosteje v vejih koliinah dodajajo portlandcementnemu betonu.Polimeri se dodajajo v obliki prakov, disperzij, vodotopnih polimerov, tekoih smol ali tekoihmonomerov. Najbolj uporabljana polimerna dodatka sta polivinilacetat in 100% akrilni polimer.

Tako dobimo betone veje ilavosti in bolje odpornosti na kemijsko korozijo.

Kemijski dodatkiaerantiAeranti v svei betonski meanici ustvarjajo majhne zrane mehurke, premera 50 do 100 m.Prekinjajo kapilarne pore. Z dodajanjem aerantov betonu poveamo odpornost na zmrzovanje insoli.

Kemijski dodatkiplastifikatorji in superplastifikatorji

Plastifikatorji in superplastifikatorji so dodatki, ki poveujejo plastinost sveega betona in s temzmanjujejo potrebo po vodi. Omogoajo laje vgrajevanje betona in hitreji prirast trdnosti prienaki koliini cementa.

Slika 5Vpliv superplastifikatorja in mikrosilike na razpored delcev.Comit Euro-International du Bton: HIGH-STRENGTH CONCRETE, State of the Art Report, FIP/CEB, SR 90/1, Bulletin d Information No

197, avgust1990.

Superplastifikatorji se najpogosteje uporabljajo pri proizvodnji visokotrdnih betonov in tekoihbetonov.

Slika 6

Razmerje med koliino vode in razlezom pri betonu brez in s superplastifikatorjem.Besla, J.,SUPERPLASTIFICIRANI BETON, Graevinski institut Zagreb, Monografije, Broj 1, Sveuilina naklada Liber, Zagreb,

1980.

cementna pasta cementna pasta

s superplastifikatorjem

cementna pasta

s superplastifikatorjem

in mikrosiliko

cementni delec

mikrosilika


23/55

Tehnologija betona

~ 23 ~

Delovanje superplasifikatorjev je zapleten fizikalno-kemijski proces, ki e ni v celoti pojasnjen.Superplastifikator zmanja povrinsko napetost vode in s tem notranje trenje, zaradi esar se delcicementa v suspenziji laje gibljejo. Adsorbira se na delce cementa, ki privlaijo snov z nasprotnimnabojem. Na povrini delcev cementa se formira drsni film.

Superplastifikatorje glede na kemijsko sestavo delimo v tiri skupine:

A sulfonirani melamin-formaldehid kondenzati,

B sulfonirani naftalin-formaldehid kondenzati,

C modificirani ligno-sulfonati,

D ostali.

Zmanjanje viskoznosti, ki je posledica fizikalno-kemijske interakcije med superplastifikatorjem incementom, je obiajno zdrueno s formiranjem etringita, katerega kristali se zaradi nizkerazgradljivosti zgoujejo v raztopini. Prosta voda v sistemu se ujame med zgoene kristale in senanje tudi adsorbira. Rezultat zmanjanja proste vode je padec vgradljivosti. Zato portland cement zvisoko vsebnostjo aluminatne faze kae zelo hitro izgubo poseda v prisotnosti superplastifikatorja,

ki vsebuje velike koliine prostih sulfatnih ionov. Izguba poseda je vija pri povianihtemperaturah. Z zavlaevalcem vezanja modificiran superplastifikator pa se lahko koristno uporabi

pri betonski meanici z majhnim posedom.

Nekateri superplastifikatorji lahko povzroajo teave pri zavarovanju primernega sistema zranihpor, ki je potreben za zagotavljanje dobre zmrzlinske odpornosti. V prisotnosti superplastifikatorja

se uvedeni zrani mehurki zdruujejo med sabo in tvorijo veje praznine. Posledica tega je, da pribetonih, ki vsebujejo superplastifikatorje, znatno naraste uporaba aerantov z namenom, da se

zavaruje ustrezna zmrzlinska odpornost.

Kemijski dodatkipospeevalaPospeevala pospeujejo hidratacijo cementa. Skrajujejo as negovanja in zaite sveega betonater pospeujejo razvoj trdnosti betona. Uporabljajo se za vgrajevanje betona pri nizkih temperaturahokolja.

Kemijski dodatkizavlaevala

Zavlaevala upoasnjujejo vezanje cementa. Uporabljajo se za vgrajevanje betona pri visokihtemperaturah okolja in v velikih konstrukcijah.

Kemijski dodatkigostila

Gostila reagirajo s cementnimi minerali. Nastali produkti zapolnjujejo kapilarne pore v cementnem

kamnu, kar povea vodotesnost betona.

Mineralni dodatekmikrosilika

Mikrosilika (v anglekem jeziku jo imenujejo silica fume ali microsilica) so kondenzirani hlapi, kinastanejo kot stranski produkt pri proizvodnji zmesi ferosilicija v elektro oblonih peeh. Pritemperaturi 2000C nastajajo med pretvorbo kremena v silicij hlapi silicijevega oksida, ki se vvijem predelu pei, ki je hladneji, meajo s kisikom in kondenzirajo v zelo drobna zrnca.Mikrosilika obiajno vsebuje ve kot 90 % silicijevega dioksida SiO2. Povpreni premer zrncamikrosilike se giblje med 0.1 in 0.2 m, kar predstavlja priblino 1 % premera zrna portlandcementa. Zaradi majhnih dimenzij ni mono uporabljati mikrosilike v grobi obliki. Proizvajalci jo


24/55

Tehnologija betona

~ 24 ~

ponujajo v dveh oblikah, v suspenziji, kjer so ji lahko dodani tudi kemijski dodatki, ki zmanjujejopotrebo po vodi v betonu, in v obliki kroglic. V obeh oblikah ju je mono uporabiti pri izdelavibetona. Mikrosilika v obliki kroglic je zgoena do takne toke, da se med meanjem betona nerazpri.

Zaradi svojih izredno majhnih dimenzij mikrosilika ugodno vpliva na ve razlinih lastnosti betona.Znatno se poveajo predvsem kasneje trdnosti. Mikrosilika uinkovito reagira s kalcijevimhidroksidom Ca(OH)2, pri emer se tvorijo novi produkti kalcijev silikat hidrat, kar ugodno vplivana trdnost in trajnost betona.

Mineralni dodatekelektrofilterski pepel

Elektrofiltrski pepel se pridobi z elektrostatinim ali mehanskim izloanjem pranih delcev izdimnih plinov pei, kurjenih z upraenim premogom. Po naravi je silikatno-aluminatni (silicijski)ali silikatno-apneni (kalcijski). Prvi ima pucolanske lastnosti, drugi pa ima lahko d odatno ehidravline lastnosti.

Silicijski elektrofiltrski pepel je fin prah iz preteno kroglastih delcev, ki imajo pucolanskelastnosti. Vsebovati mora predvsem reaktivni silicijev dioksid (SiO2) in aluminijev oksid (Al2O3).Ostanek mase vsebuje elezov oksid Fe2O3in druge spojine.

Kalcijev elektrofiltrski pepel je fin prah, ki ima hidravline in/ali pucolanske lastnosti. Vsebujepredvsem kalcijev oksid (CaO), reaktivni silicijev oksid (SiO2) in aluminijev oksid (Al2O3).

Ostanek mase vsebuje elezov oksid (Fe2O3) in druge spojine.

Mineralni dodatekgranulirana plavna lindra

Mona sestavina cementa je tudi granulirana plavna lindra, ki se dobi s hitrim hlajenjem lindrinetaline ob taljenju elezove rude v plavu. Granulirana plavna lindra je odpadek pri proizvodnji

jekla (lindra pri izdelavi jekla v elektroobloni pei),ima pomembno tehnoloko vlogo in vplivana sam metalurki postopek ter s tem tudi na kvaliteto proizvedenega jekla. Granulirana plavnalindra je po svojih lastnostih in mineralni sestavi povsem primerljiva z naravnimi mineralnimisurovinami vulkanskega oziroma magmatskega izvora. Glavne sestavine lindre so oksidi kalcija,eleza, magnezija, silicija, mangana in aluminija.

2.2 Betonska meanica

Glede na mesto priprave betonske meanice loimo: beton, pripravljen na gradbiu,

transportni beton.

Pripravo sestavin in meanje betona, zameanega na gradbiu, opravi izdelovalec nagradbiu, deloviu oziroma v neposredni bliini mesta, kamor bo beton vgrajen.

Pripravo sestavin in meanje transportnega betona opravi izdelovalec v betonarni in ga vsveem stanju z avtomealnikom dostavi do mesta, kamor bo vgrajen.


25/55

Tehnologija betona

~ 25 ~

2.3 Svei beton2.3.1 Obdelavnost

Obdelavnost sveega betona je odvisna od njegove konsistence, ki je lahko:

trdo plastina oziroma zemeljsko vlana,

srednje plastina, mehko plastina, lita ali idka.

Konsistenco betona se izmeri:

s posedom stoca, z Vebe preskusom,

s preskusom stopnje zbitosti,

z razlezom,

s posebnimi metodami pri betonih za posebne namene.

Priporojivo obmoje uporabe metode:

s posedom stoca sveega betona je med 10 in 210 mm, z Vebe preskusom je med 5 in 30 sekundami,

s preskusom stopnje zbitosti je med 1,04 in 1,46,

z razlezom je med 300 in 620 mm.

Slika 7 Posed stoca sveega betona.

Preglednica 6 Stopnje poseda stoca.

Stopnja Posed v mm

S1 10 do 40

S2 50 do 90

S3 100 do 150

S4 160 do 210S5 210


26/55

Tehnologija betona

~ 26 ~

Preglednica 7 Stopnje Vebe preskusa.

Stopnja Vebe v sekundah

V0 31

V1 30 do 21

V2 20 do 11

V3 10 do 6V4 5 do 3

Preglednica 8 Stopnje preskusa zbitosti.

Stopnja Mera zbitosti

C0 1,46

C1 1,45 do 1,26

C2 1,25 do 1,11

C3 1,10 do 1,04

Slika 8 Razlez stoca sveega betona.

Preglednica 9 Stopnje preskusa razleza.

Stopnja Premer v mm

F1 340

F2 350 do 410

F3 420 do 480

F4 490 do 550

F5 560 do 620

F6 630

2.3.2 Vgrajevanje betona

Betonska dela je potrebno izvajati v asu, ko temperatura ozraja na mestu vgrajevanja betona ne

pade pod 5C in ne presee 30C v brezveterju. Drugae so pri vgradnji betona potrebni posebniukrepi.


27/55

Tehnologija betona

~ 27 ~

Pri transportu in vgradnji betona morajo vsa zrna v plastini meanici ostati enakomernorazporejena, brez pojava usedanja vejih in tejih zrn agregata ter prekomernega izcejanja vode.Zrak vgrajen v beton zmanjuje pojav usedanja agregata in izcejanja vode.

Beton pripravljamo kar se da blizu mesta vgradnje ali pa ga tja pripeljemo v ustreznih mealcih.

Transport betona

Svei beton se mora prevaati v avto mealnikih ali vozilih z agitatorjem. Neposredno predvgraditvijo ga je potrebno e enkrat premeati. Z navadnimi prekucniki se sme prevaati le betonevrste konsistence S1, V0, C0 in F1.

Avto mealnik in agitator je treba popolnoma izpraznitinajkasneje 90 minut po dodajanju vode vbetonarni, navadni prekucnik pa po 45 minutah. Ta as je treba v neugodnih vremenskih pogojihustrezno skrajati. Z uporabo zavlaevalca vezanja pa se sme podaljati, kar je treba predhodnougotoviti s poskusom.

Kontrola skladnosti betona

Za betone trdnostnih razredov C 30/37 je obvezno na mestu uporabe, pri vgrajevanju vkonstrukcijo, preiskusiti njihovo istovetnost za tlano trdnost. Vsak dan izdelave nad 50 m 3doloene vrste betona oziroma druine betonov je treba vzeti 1 vzorec.

Vgrajevanje betona v izjemnih pogojih

Pri betoniranju v zelo hladnih ali vroih pogojih je potrebno vgrajevanju in negi betona predpisatiposebne ukrepe za zaito strjujoega se betona.

Vgrajevanje betona v vroih pogojih okolja

V vroih pogojih okolja moramo zniati zaetno temperaturo sveega betona. Temperatura betonanad 20C povzroa teave:

pri vgradnji, kot so padec konsistence betona, poveanje vodo-cementnega faktorja, med strjevanjem betona, kot so pospeena hidratacija, pojav razpok,

Teavam se v veliki meri izognemo z dodajanjem ohlajene vode in hlajenjem posameznih sestavinbetona ali dodajanjem zmletega ledu v betonsko meanico.

Temperaturo sveega betona ocenimo z izrazom (1)

LvavcabLLLLvaavvvvcccaaa

bmmmmmc

mLmTcmTcmTcmTcmTcT

, (1)

pri emer so

Tb, Ta, Tc, Tv,TL temperature sveega betona, agregata, cementa, vode in dodanegaledu v C,

cb, ca, cc, cv, cL specifina toplota sveega betona, agregata, cementa, vode indodanega ledu v kJ/kgC,

ma, mc, mv, mva, mL masa agregata, cementa, vode, vode v agregatu in dodanega ledu,

L specifina talilna toplota ledu v kJ/kg.


28/55

Tehnologija betona

~ 28 ~

V primeru dodajanja ledu moramo paziti, da se delci ledu povsem stopijo v svei betonski meanici.V nasprotnem primeru obstaja nevarnost pojava oes vode v strukturi betona.

Vgrajevanje betona v hladnih pogojih okolja

V hladnih pogojih okolja moramo beton zaititi pred zmrzovanjem in omogoiti ugodnetemperaturno-vlanostne pogoje v postopku hidratacije cementa, kar vodi do ustrezne projektiranetrdnosti otrdelega betona. Pomembno je, da beton pred prvo obremenitvijo dosee zadostno trdnost

vsaj polovico projektirane tlane trdnosti, da kljubuje kodljivim vplivom za nadaljnjo obstojnostbetonskega elementa. Zagotoviti je potrebno primerno zaetno temperaturo sveega betona, ki jo vpostopku strjevanja vzdrujemo. V preglednici 11 so zbrani izkustveni podatki najmanjihdovoljenih temperatur betona glede na mere oziroma dimenzije prerezov in temperaturo okolice

med vgrajevanjem ter v postopku strjevanja.

Preglednica 10 Najmanje dovoljene temperature glede na mere oziroma dimenzije prerezov intemperaturo okolice med vgrajevanjem ter v postopku strjevanja.

Temperatura Najmanje dimenzije prerezov betonskih elementovzraka < 30 cm 30 do 90 cm 90 do 180 cm > 180 cm

Najmanja temperatura v C pri vgradnji betona in negi vgrajenega betona< 5C 13 10 7 5> -1C 16 13 10 7-18C do -1C 18 16 13 10< -18C 21 18 16 13

Betone je potrebno vgraditvi v predhodno pripravljene opae, ki so brez ledu in snega, so ustreznoogreti. Nadalje morajo biti ustrezno zaiteni, da ne izgubljajo toplote. Po potrebi jih je potrebno

ogevati, vendar le toliko, da vzdrujemo zaetno temperaturo vgrajenega betona.

2.3.3 Nega

Po meanju sestavin betona se zane prehajanje vode iz meanice v okolico, katere relativnavlanost je obiajno nija od relativne vlanosti betona. Hkrati pa v procesu strjevanja betona, kisledi po meanju, vezivo pri hidrataciji vee vodo nase. Precejnje sile, ki jih je potrebno premagatiza premik vode iz finih praznin in slojev vode ob stenah praznin, na katere delujejo velike sile

lepenja, povzroajo znatne deformacije betonskega elementa in pogosto vodijo do pokodb le -tega.

Da bi v im veji meri prepreili nastanek tovrstnih pokodb, je potrebno zmanjati deformacije.Eden izmed nainov zmanjanja deformacij zaradi prehajanja vode je ustrezna nega betona.

Loimo:

zunanjo nego betona,

notranjo nego betona.

Zunanjo nego predstavlja vlaenje povrine betona in prepreevanje izhajanja vode iz betonapreko povrine betonskega elementa.

Notranjo nego pa predstavljajo rezervoarji vode v betonu, ki omogoajo, da se voda iz finihkapilarnih por porablja kasneje. Kot rezervoar vode se uporablja lahki agregat, ki s svojo

strukturo nudi prostor za skladienje vode.


29/55

Tehnologija betona

~ 29 ~

To .. zaetna temperatura sveega betona

Ta .. temperatura okolice

Slika 9 Znailni potek spreminjanja temperature v betonskem konstrukcijskem elementu in

shematini prikaz potrebnega poteka negovanja elementa.[Atcin, P.-C., Neville, A.M., Acker, P., Integrated View of Shrinkage Deformation, Concrete International, september 1997, str. 35 -41.].

as negovanja mladega betona pogojujeta vlanost okolice in temperatura. V preglednici 11 sonavedeni najmanji asi negovanja betona s portland cementom glede pogojev okolja.

T

t

To

manj kot 1 dan nekaj dni

Ta

pokrivanje z

membra-

nami ali

vlaenjepovrine

negovanje v vodi

ali

vlaenje povrine,

notranja nega

nepropustni

zaitni

film

Prepreitimoramo

izhlapevanje

vode.

Prepreiti moramopraznjenje vode

iz kapilar.

Prepreiti moramokrenje betonazaradi suenja.

NEGA

BETONA

Tmax

plastinokrenje

avtogeno krenje krenje zaradisuenja


30/55

Tehnologija betona

~ 30 ~

Preglednica 11 Najmanji asi negovanja betona s portland cementom glede pogojev okolja temperature in vlanosti.[Muravljov, Mihailo, OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1991.]

Temperatura v C as negovanja v dnevih40 - 50 6 5 4 3

3540 7 6 5 43035 6 5 4 32530 5 4 32025 4 3

brez posebnega negovanja1520 31015 3510 3 3

Relativna vlaga 0% 25% 50% 75% 100%

e je srednja temperatura okolice nad 5C, se negovanje betona izvaja v meri vzdrevanja vlanostibetona. Povrinske kapilare morajo biti stalno zasiene z vodo, kar opazimo po barvi povrinebetona. Povrina betona, ki se zane suiti, postane svetleja. Pri negi je potrebno paziti na visoke

temperature in veter, ki suenje povrine pospeujeta.

Negovanje betona v izjemnih pogojih

Pri betoniranju v zelo hladnih ali vroih pogojih je potrebno vgrajevanju in negi betona predpisatiposebne ukrepe za zaito strjujoega se betona.

Negovanje betona v vroih pogojih okolja

Negovanje vgrajenega betona v vroih pogojih okolja poteka skladno s predhodno opisanimi

postopki.

Negovanje betona v hladnih pogojih okolja

V hladnih pogojih okolja je potrebno zagotoviti primerno zaetno temperaturo sveega betona, ki jomed nego in v postopku strjevanja betona vzdrujemo:

brez dodatne energije:

o z izoliranimi opai, z dodatno energijo:

o s predhodno segretimi opai,o

z ogrevanjem betonskih elementov v zaprtih ogrevanih prostorih, kot so nadstreniceali otori,o z neposrednim segrevanjem elementov ali celotne konstrukcije z vodno paro,

odprtim ognjem ali elektrinimi grelci.

Prepreiti moramo hitro ohlajanje betona v prvih 24 urah po zakljuku betoniranja. V preglednici12 so navedeni dovoljeni padci temperature glede na najmanjo dimenzijo prereza elementa.

Preglednica 12 Dovoljeni padci temperature glede na najmanjo dimenzijo prereza elementa.

najmanja dimenzija prereza elementa Tzelo tanki (< 30 cm) 28Ctanki (30 cm90 cm) 22Cnormalni (90 cm180 cm) 17Cmasivni (> 180 cm) 11C


31/55

Tehnologija betona

~ 31 ~

2.3.4 Opai

Svei beton vgrajujemo v opae ali kalupe, ker e ni sposoben obdrati elene oblike. V procesuhidratacije betonski element pridobiva na trdnosti in po doloenem asu dosee trdnost, ko obdriobliko. Takrat lahko opa ali kalup odstranimo.

Slika 10 Opa betonskegastebra, ki nosi viadukt rni Kal.

Slika 11

Kalupi za vgradnjo betonskih kock inprizem za preiskuanje tlane in upogibnetrdnosti.


32/55

Tehnologija betona

~ 32 ~

Pritisk sveega betona na opa

Pritisk sveega betona na opa je odvisen predvsem od konsistence sveega betona, vrste inlastnosti opaa, viine betonskega elementa in hitrosti vgrajevanja betona. Tako je navpini pritisk

pvna opa doloen z izrazom (2)

hp svbv , , (2)

vodoravni pritiskphpa z izrazom (3)

,,,, hpp svbhh , (3)

pri emer so

b,sv prostorninska masa sveega betona,h viina vgrajenega sveega betona, kot notranjega trenja sveega betona, hitrost betoniranja.

Slika 12 Pritisk sveega betona na opa.

Vodoravni pritiski

Vodoravni pritiski sveega betona na opa (slika 13), e zanemarimo vplive debeline elementa,velikosti in oblike prenega prereza, so

ztdhth

tzhdhzh

hzz

zp

psvb

psvb

svb

h

0101,

0111,

1, 0

, (4)

pri emer so

h1 globina betona, ki se v obravnavanem asu vgrajuje in v okviru katerepotekajo postopki zgoevanja betona (najve 1 m),

t0 as prehoda betona iz plastinega v vezano stanje,dp koeficient pritiska betona na opa, podan v preglednici 13.

h

pv

ph


33/55


34/55

Tehnologija betona

~ 34 ~

Slika 14 Navpini pritisk sveega betona na nagnjeni opa.

Pri nagnjenih opaih (slika 15), na katerih je beton, je navpini pritisk enak

zp svbv , . (7)

Slika 15 Navpini pritisk sveega betona na nagnjeni opa.

2.3.5

Posebne tehnologije betona

Pospeeno strjevanje betona

Pospeeno strjevanje betona izvajamo v primerih, ko elimo dosei im viji prirast zgodnjihtrdnosti betona in/ali im hitrejo odstranitev opaa ali kalupa, v katerega je betonski elementvgrajen.

Za doseganje hitrejega prirasta zgodnjih trdnosti betona imamo na voljo:

tehnoloke metode:o uporaba ustrezne vrste in koliine cementa,o

niji vodocementni oziroma vodovezivni faktorji,o revibriranje betona,

kemijske metode:

ph

A

B

C

h1

zv

t0

pv

ph

A

B

C

h1

zv

t0

pv


35/55

Tehnologija betona

~ 35 ~

o uporaba ustreznih kemijskih dodatkovpospeevalcev, fizine metode:

o toplotna obdelava.

Uporaba ustrezne vrste in koliine cementa

Betoni, ki vsebujejo cemente vijega trdnostnega razreda (slika 16), imajo hitreji prirast zgodnjihtrdnosti. Uporaba vejega delea cementa na enoto betona tudi pospei prirast trdnosti.

Slika 16

Normiran potek tlanih trdnosti betonov z razlinimi vrstami cementov.[Gutirrez, P. A., Cnovas, M. F.: THE MODULUS OF ELASTICITY OF HIGH PERFORMANCE CONCRETE, Materials andStructures, Vol. 28, 1995, str. 559-568.]

Niji vodocementni oziroma vodovezivni faktorji

V betonskih meanicah z nijim vodocementnim oziroma vodovezivnim faktorjem je ob slabivgradljivosti proces hidratacije hitreji in razvijejo se vije tlane trdnosti betona. Potrebnovgradljivost betonov z nizkim vodocementnim oziroma vodovezivnim faktorjem doseemo:

z uporabo kemijskih dodatkov, plastifikatorjev in superplastifikatorjev,

z vakuumiranjem ali centrifugiranjem, pri emer iz e vgrajene betonske meanice

odvzamemo odveno vodo, z uporabo betonskih meanic, zelo suhih, zemeljsko vlanih konsistenc.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 7 14 21 28 35 42 49 56

hitrovezoi visokotrdni cementi

obiajno in hitrovezoi cementi

poasivezoi cementi

fcm,t/fcm,28dni

t [dnevi]


36/55

Tehnologija betona

~ 36 ~

Slika 17 Vpliv vodocementnega faktorja na velikot tlane trdnosti betona.

[Muravljov, Mihailo, OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1991.]

Revibriranje betona

Revibriranje je naknadno vibriranje betona, ki ga izvedemo nekaj asa po vgrajevanju betonaoziroma po prvem vibriranju. S tem se povea gostota betona in zapro se fine pore, kar prispeva kviji tlani in strini trdnosti betona.

Uporaba ustreznih kemijskih dodatkovpospeevalcev

Kalcijev klorid pospeuje proces strjevanja betona.

Toplotna obdelava betona

Strjevanje betona se lahko pospei s povianjem temperature v dovolj vlanem okolju, da jeprepreeno izparevanje vlage iz betona. Toplotno obdelavo lahko izvajamo:

pri normalnem tlaku in temperaturi do 100C, kar imenujemo parjenje:o v posebnih komorah,

o s pokrivanjem elementov,

pri povianem tlaku, med 8 in 12 bari, in temperaturi med 130C in 180C.

Elementi se segrevajo od 60 do 95C. Reim parjenja je odvisen predvsem od lastnostiuporabljenega cementa.


37/55

Tehnologija betona

~ 37 ~

B as, ko se lahko betonski element razopai

Slika 18

Razlini reimi parjenja.[Muravljov, Mihailo, OSNOVI TEORIJE I TEHNOLOGIJE BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1991.]

Betoni iz portland cementa v asu parjenja obiajno doseejo 70 % nominalne tlane trdnosti, ki joimajo obiajni betoni pri starosti 28 dni.

Parjeni betoni doseejo po 28 dneh vsega 85 % nominalne trdnosti, celotno nominalno trdnost padoseejo ele po 3 mesecih ali pa celonikoli.

V primeru parjenja prefabriciranih betonskih elementov se lahko povprena tlana trdnost betonafcm(t) pri asu t (t < 28 dni) izrauna z izrazom (8)

n

i

T

tT

iT

i

ett1

273

400065,13

0 , (8)

pri emer so

tT uinkovita starost betona v dnevih,ti asovni interval v dnevih,T (ti) temperatura v i-tem asovnem intervalu [C],T0= 1C.

Razvoj tlane trdnosti betona po procesu parjenja do starosti 28 dni je

1log128log

p

p

cmpcm

cmpcm ttt

ffftf , (9)

pri emer so

fcm(t) povprena tlana trdnost betona pri starostitpo procesu parjenja,fcmp povprena tlana trdnost betona takoj poparjenju, v asutp,tp as zakljuka procesa parjenja v dnevih.


38/55

Tehnologija betona

~ 38 ~

Prepaktirani beton

Prepaktirani beton vgrajujemo v dveh fazah. Najprej med opa nasujemo agregat, ustreznegranulometrijske sestave, in ga zbijemo. V naslednjem koraku med agregat injektiramo cementno

pasto z dodatki. Granulacija agregata, diskontinualne ganulometrijske sestave, je sestavljena tako,

da je med zrni agregata 40% praznin, ki jih zapolni cementna pasta. Injekcijska masa je sestavljena

iz cementa, vode, dodatkov in finih frakcij, veinoma med 1,25 mm in 2 mm. Groba zrna so

vgrajena tako, da se medsebojno tokasto stikujejo, zaradi esar sta krenje in lezenje betonabistveno manja. Poraba cementa se giblje med 120 in 150 kg/m3 betona. Razmeroma majhnakoliina vgrajenega cementa v procesu hidratacije sprosti manjo koliino hidratacijske toplote.Tovrstni betoni se uporabljajo za vodonepropustne konstrukcije, masivne konstrukcije, sanacijska

dela, stebre mostov, podvodne objekte, izdelavo zaslonov, ki itijo pred arenjem, ...Prepaktiranim betonom se lahko v visokogradnji zaradi arhitekturno-estetskih uinkov, kmalu ponjihovi vgradnji spere povrino.

Vgrajevanje betona pod vodo

Beton, tekoe konsistence, se pod vodo vgrajuje skozi cevi, po katerih pada zaradi svoje lastne tee.Konec cevi mora biti ves as betoniranja potopljen v beton, da ne pride do meanja betona in vode.Beton tekoe konsistence mora biti primerno koheziven, da ne segregira med transportom, se dobrozbije brez vibriranja in se ne mea z vodo med vgradnjo. Imeti mora veliko koliino drobnih delcev

drobnega peska, kamene moke in cementa, s premerom manjim od 0,25 mm. Primerna jeuporaba pucolanov, kot dodatki pa se uporabljajo aeranti in stabilizatorji.

Vakuumirani beton

Eden izmed nainov za izdelavo betona z nizkim vodovezivnim faktorjem, ki jedobro vgradljiv, jepostopek vakuumiranja betona. Svei beton, ki je dobro obdelaven, se vgradi in zbije. Nato se napovrino betona postavi zaboj, s tkanino propustno za vodo in zrak, ne prepua pa drobnih delcevcementa in peska. Iz zaboja se izsesava zrak, ki preko tkanine iz betona vlee zrak in vodo. S tem

postopkom zmanjamo koliino vode v betonu, a ne enakomerno. Najveji vpliv ima postopek napovrini betona. Uporablja se za tanke betonske elemente, prefabricirane elemente in betonsketlake.


39/55

Tehnologija betona

~ 39 ~

2.4 Betonski element

Lastnosti otrdelega betona delimo na:

mehanske:

o tlana trdnost,o

upogibna trdnost,o natezna trdnost,

reoloke:o deformacije zaradi obremenitve,

o krenje,o lezenje.

Slika 19

Struktura otrdelega betonaagregatna zrna zapolnjena s cementnim kamnom.

Pomembneje lastnosti otrdelega betona so:

tlana trdnost, upogibna trdnost,

natezna trdnost,

modul elastinosti.

odpornost proti vdoru vode, odpornost proti obrabi,

odpornost proti agresivnemu kemijskemu delovanju,


40/55

Tehnologija betona

~ 40 ~

odpornost proti ciklinemu zmrzovanju in odtaljevanju, odpornost proti ciklinemu zmrzovanju in odtaljevanju in solem.

Glede na povrinsko obdelanost oziroma izgled betona loimo:

vidne betone,

povrinsko zaitene betone.

Vidni betoni ostanejo po odstranitvi opaa neobdelani njihova povrina je gladka ali reliefna ali so ustrezno obdelani neposredno po vgraditvi so metlani ali prani oziroma poodstranitvi opaa so tokani.

Povrinsko zaiteni betoni so zaiteni s kemijskimi sredstvi kot so epoksidne smole, akrilnipremazi, hidrofobna sredstvaz namenom izboljanja povrinskih lastnosti otrdelega betona.

2.4.1 Mehanske lastnosti otrdelega betona

Trdnost betona

Ker sta natezna in strina trdnost znatno manji od tlane, je otrdeli beton krhek material. Celo pripreizkuanju tlane trdnosti pride do poruitve vzorcev zaradi prekoraitve natezne ali strinetrdnosti, kar lahko sklepamo iz oblike poruitve betonskega vzorca obteenega z enoosno tlano silona sliki 20. Naklonski kot strine ravnine je odvisen od velikosti kohezije in kota notranjega trenja

betona.

Pri projektiranju konstrukcij si vedno prizadevamo izkoristiti im vejo tlano trdnost. Temu seprilagaja vzdolna in prena geometrija nosilnih elementov ter robni pogoji oziroma podpiranjekonstrukcije. V nosilnih elementih je beton lahko obremenjen s isto natezno napetostjo ali istimupogibom, vendar pa je najpogosteja oblika obremenitve prostorsko napetostno stanje. Razlineobremenitve povzroajo razline oblike poruitev, zato je pri projektiranju pomembno, da izberemoustrezno trdnost. Podatki za projektiranje so lahko dobljeni z doloanjem nosilnosti nakonstrukcijah ali pa na standardnih laboratorijskih vzorcih.

Trdnost se kot vse druge lastnosti otrdelega betona s asom spreminja in je odvisna od pogojevokolja, v katerem se beton nahaja v asu strjevanja in tudi med samo preiskavo.


41/55

Tehnologija betona

~ 41 ~

Slika 20 Obiajna oblika poruitve betonskega vzorca obteenega z enoosno tlano silo.

Projektirane vrednosti trdnosti imajo pomen iskane kvalitete betona, ki bo vgrajen v konstrukcijo,numerine vrednosti preiskav kontrolnih vzorcev med proizvodnjo betona pa kaejo, v kakni merije doseena zahtevana kvaliteta. Popredpisu Eurocode 2 se trdnostni razred betona oznauje s rkoC, ki ji sledita dve tevilki. Prva oznauje 28-dnevno karakteristino tlano trdnost valja, ki ima

premer osnovne ploskve 15 cm in viino 30 cm, druga pa oznauje 28-dnevno karakteristino tlanotrdnost kocke z robom 15 cm. Glede na heterogenost strukture betona in velik raztros rezultatov

preiskav se trdnostni razred doloa po postopkih statistike na podlagi dobljenih rezultatov.

Glavna funkcija veine betonskih konstrukcij je prenaanje obremenitve, zato je trdnost osnovnomerilo kvalitete betona. Doseena trdnost betona je pogosto tudi dober pokazatelj za to, da sodoseene tudi druge lastnosti betona. To je posledica dejstva, da so vse lastnosti otrdelega betonaodvisne od strukture cementnega kamna, na katero imata najveji vpliv vodocementno oziromavodovezivno razmerje in stopnja hidratacije.

Preiskave tlane trdnosti

Tlano trdnost betona doloamo na standardnih vzorcih, to je na valjih, ki imajo premer osnovneploskve 15 cm in viino 30 cm, in na kockah z robom 15 cm.


42/55

Tehnologija betona

~ 42 ~

Preglednica 14 Karakteristine vrednosti tlanih trdnosti izmerjene na standardnih vzorcih.Beton1. delSpecifikacija, lastnosti, proizvodnja in skladnost, EN 206-1.

obiajno teki betoni lahki betoni

trdnostni razred fck, valj

MPa

fck, kocka

MPa

trdnostni razred fck, valj

MPa

fck, kocka

MPa

C8/10 8 10 LC8/9 8 9

C12/15 12 15 LC12/13 12 13

C16/20 16 20 LC16/18 16 18

C20/25 20 25 LC20/22 20 22

C25/30 25 30 LC25/28 25 28

C30/37 30 37 LC30/33 30 33

C35/45 35 45 LC35/38 35 38

C40/50 40 50 LC40/44 40 44

C45/55 45 55 LC45/50 45 50

C50/60 50 60 LC50/55 50 55

C55/67 55 67 LC55/60 55 60C60/75 60 75 LC60/66 60 66

C70/85 70 85 LC70/77 70 77

C80/95 80 95 LC80/88 80 88

C90/105 90 105

C100/115 100 115

e tlano trdnost doloamo na vzorcih druganih dimenzij, je potrebno dobljene rezultate korigiratis pretvorbenimi faktorji, ki so odvisni od trdnosti betona, zrnavostne sestave agregata in ostalih

lastnosti sestavin betona.

Vzorce izdelujemo z vgrajevanjem betonske meanice v jeklene in plastine kalupe, ki so zelonatanno izdelani. Vzorec betona v kalupu dobro zgostimo, zgornjo povrino pa zgladimo.Zaitimo ga pred mono izgubo vlage, tako da kalup prekrijemo in hranimo v laboratoriju.

Naslednji dan vzamemo vzorec iz kalupa in ga do preiskave hranimo pri temperaturi 20 4 C in

relativni vlanosti veji od 95 %, ponavadi ga kar potopimo v vodo.

Vzorci za preiskavo morajo biti zasieni z vlago, da ne pride do izsuevanja. Ko jih vzamemo izbazena, jih samo obriemo, postavimo na preo in zanemo obremenjevati. Obremenitev nanaamona vzorce preko dveh togih, tekih, ravnih jeklenih plo, od katerih je spodnja nepremina, zgornja

pa je narejena tako, da se na zaetku obremenjevanja enakomerno ulee na zgornjo povrino vzorca.Vzorec mora biti dobro centriran. Obremenitev nanaamo postopoma s predpisano hitrostjo do

poruitve.

Tlana trdnost betonafcje najveja doseena silaPdeljena z nominalno povrino prenega prerezavzorcaA

A

Pfc . (10)

Dobljeni rezultat se imenuje enoosna tlana trdnost betona, eprav je v vzorcu zaradi trenja medpovrino jeklene ploe in povrino vzorca prostorsko napetostno stanje. Trenje prepreuje irjenje

tlano obremenjenega vzorca. e bi lahko to trenje zmanjali ali celo izniili, bi bili dobljenirezultati manji. K trenju doprinese tudi deformiranje jeklenih plo, eprav imajo relativno velikotogost. Zaradi tega je napetostno stanje v srednji tretini viine valja blie enoosnemu tlanemu


43/55

Tehnologija betona

~ 43 ~

napetostnemu stanju kot pri kocki. e obremenitev nanaamo prehitro, dobimo vejo trdnostbetona.

Preiskave natezne trdnosti

Natezno trdnost betona preiskujemo na tri naine:

z enoosnim nateznim preizkusom,

z upogibnim preizkusom,

s preizkusom cepitvene natezne trdnosti.

Zaradi teav pri vpenjanju in krhkega obnaanja betona pod vplivom nateznih napetosti, se enoosninatezni preizkus v praksi redko izvaja.

Slika 21 Skica enoosnega nateznega preizkusa.

Upogibno natezno trdnost betona obiajno doloamo na betonskih prizmah dimenzij 10 cm 10 cm 40 cm. Izraunamo jo ob predpostavki, da je obnaanje betona vse do poruitvelinearno elastino in da je modul elastinosti v nategu enak modulu elastinosti v tlaku, po izrazu(11)

3,

2

3

a

LPf flct

, (11)

pri emer je P najveja doseena sila, L razdalja med podporama, a pa stranica kvadratnegaprenega prereza prizme.

P

P

fct=P/A


44/55

Tehnologija betona

~ 44 ~

Slika 22 Skica preizkusa upogibne natezne trdnosti betona.

Upogibna natezna trdnost betona je veja od natezne trdnosti pri istem nategu, ker so pri istemnateznem preizkusu po celotnem preizkuancu doseene najveje napetosti, s tem pa gotovo tudi namestih najvejih nepopolnosti. Pri upogibni obremenitvi pa je z velikimi nateznimi napetostmiobremenjen le zelo majhen del prenih prerezov pa e to ne po vsej dolini, zato je verjetnost, da

bodo najveje nepopolnosti vobmoju najvejih nateznih napetosti, manja.

Cepitveno natezno trdnost obiajno doloamo na valjih, ki imajo premer osnovne ploskve d=15 cmin dolino L=30 cm. Vzorec obremenimo z linijsko obtebo vzdol dveh nasprotnih si tvorilk(slika 23) in jo postopoma poveujemo vse do poruitve. Cepitveno natezno trdnost izraunamo iznajveje sile P in dimenzij valja po izrazu (12)

dL

Pf spct

2,

. (12)

Slika 23 Skica preizkusa cepitvene natezne trdnosti betona.

Tudi cepitvena natezna trdnost betona je obiajno veja od enoosne, kar si razlagamo z manjoverjetnostjo, da so nepopolnosti betona ravno v obmoju najvejih nateznihnapetosti, ki nastopajov ravnini linijskih prenih obteb.

P

fct,sp d

P

fct,fl

L/2 L/2L= 2L/3

a

L


45/55


46/55

Tehnologija betona

~ 46 ~

Obnaanje betona pri enoosnem tlaku

Pri obremenjevanju betona s tlanimi napetostmi obstajajo tiri znailna obmoja:

zaetni pogoji, obmoje majhnih obremenitev, obmoje srednjih obremenitev,

obmoje visokih obremenitev.e preden je beton obremenjen, so v stinem obmoju e mikrorazpoke. Izhlapevanje vode izsveega betona, trdnost stinega obmoja in nega betona vplivajo na njihovo tevilo in velikost.Razlike v modulih elastinosti agregata in cementnega kamna ter krenje, ki je posledica suenja intemperaturnih sprememb, povzroajo v stinem obmoju diferenne deformacije, zaradi katerih

pride do mikrorazpok.

V obmoju majhnih obremenitev se poveuje tevilo, irina in dolina mikrorazpok v stinemobmoju. Te razpoke se med seboj ne povezujejo. Pri razbremenitvi so zelo majhne povratnedeformacije. e je obremenitev kratkotrajna, se beton obnaa elastino do napetosti, ki znaa

priblino 30 do 40 % tlane trdnosti betona, z naraanjem napetosti se naklon delovnega diagrama

betona spremeni in daljica preide v krivuljo.

Do priblino 50 % tlane trdnosti betona je irjenje mikrorazpok v stinem obmoju stabilno, karpomeni, da se pri odstranitvi obremenitve ustavi.

V obmoju srednjih obremenitev je irjenje razpok v stinem obmoju z naraanjem napetosti vsebolj nestabilno. Razpoke pa se zanejo iriti tudi v matrico cementnega kamna, zaradi esar sediagram napetostdeformacija e bolj ukrivi.

Kritina napetost, pri kateri ima beton najmanjo prostornino, nastopi priblino pri 70 do 80 %tlane trdnosti in od tu naprej lahko pride pri dolgotrajnih obremenitvah do poruitve, ne da bi biladoseena kratkotrajna tlana trdnost.

Ko se zanejo napetosti v betonu priblievati tlani trdnosti betona, to je v obmoju visokihnapetosti, postane irjenje razpok nestabilno. V tem obmoju pride pri konstantni napetosti dospontanega naraanja razpok, emur sledi poruitev. Ta pa nastopi tem prej, im bolj seobremenitev priblia tlani trdnosti.

Volumske deformacije v betonu se z naraanjem obremenitve zmanjujejo vse do kritineobremenitve, kjer doseejo minimum. Od tu naprej zano naraati in pred poruitvijo tudispremenijo predznak, zaradi esar se zane prostornina poveevati. Prostornina se lahko pred

poruitvijo tudi toliko povea, da presee prostornino neobremenjenega betona.

Pri visokotrdnem betonu pride v delovnem diagramu do precejnih sprememb. Nelinearnoobnaanje se zane veliko kasneje kot pri betonih obiajnih trdnosti, lahko tudi ele pri 80 %

kratkotrajne trdnosti. Prav tako pa je trdnost pri dolgotrajnih obremenitvah nija kot prikratkotrajnih.


47/55

Tehnologija betona

~ 47 ~

Slika 25

Tipini diagraminapetost - deformacija v tlaku.Nevil, A. M.: SVOJSTVA BETONA, Graevinska knjiga, Beograd, 1976.

Rsch Rsch, H.: RESEARCHES TOWARD A GENERAL FLEXURAL THEORY FOR STRUCTURAL CONCRETE, ACI Journal,Proceedings, Vol. 57, No. 1, julij 1960, str. 1-28je objavil eksperimentalne rezultate raziskav enoosnih tlanihtrdnosti betona glede na hitrost obremenjevanja (slika 24). Ugotovil je, da rezultate omejujejo tri

krivulje:

premica z naklonom, ki je enak modulu elastinosti pri kratkotrajni obremenitvi, meja lezenja, ki povezuje deformacije, do katerih se lahko deformira beton pri napetostih

manjih od trajne trdnosti betona, meja poruitve, ki povezujedeformacije, pri katerih se beton pri napetostih vijih od trajne

trdnosti porui.

e je beton izpostavljen dolgotrajni tlani obremenitvi manji od trajne trdnosti, ne bo prilo doporuitve. Drugae pa je, e obremenitev presee to mejo. V betonu se razpoke nestabilno irijo inslej ko prej bo prilo do poruitve.

Slika 26 Odvisnost trdnosti betona od hitrosti nanosa obtebe

Rsch, H.: RESEARCHES TOWARD A GENERAL FLEXURAL THEORY FOR STRUCTURAL CONCRETE, ACI Journal,Proceedings, Vol. 57, No. 1, julij 1960, str. 1-28.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,5

c/fck

c

vzdolne

deformacije

volumske

deformacijeprene

deformacije

t .....

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

t=2min

t=7dnit=100min

t=20min

meja lezenjaEc

meja poru{itve

c

c/f

ck

t=

t ..... ~as obremenjevanja

meja poruitve

as obremenjevanja do poruitve


48/55

Tehnologija betona

~ 48 ~

Preizkus za doloanje standardne tlane trdnosti betona traja od zaetka obremenjevanja pa doporuitve od 2 do 4 minute.

Obnaanje betona pri enoosnem nategu

Oblika diagrama napetost deformacija, elastini modul in Poissonovo tevilo so pri enoosnemnategu podobni kot pri enoosnem tlaku, obstaja pa nekaj pomembnih razlik v obnaanju. Obmojestabilnega irjenja razpok je pri enoosnem nategu zelo majhno. Smer irjenja razpok je pravokotnana smer napetosti. Nastanek in irjenje vsake nove razpoke zmanja obmoje, preko katerega se

prenaa obremenitev, zaradi esar se v okolici kritine razpoke poveajo napetosti. Ker se hitrostirjenja razpok ne umiri hitro, pride do poruitve betona e, ko se povee manje tevilo razpok.

V poroilu ACI Committee 363 ACI Committee 363: STATE-OF-THE-ART REPORT ON HIGH-STRENGTH CONCRETE,ACI Journal, Proceedings, Vol. 81, No. 4, julij-avgust 1984, str. 364-411.je napisano, da se giblje cepitvena natezna trdnost

betonov obiajnih trdnosti okoli 10 % tlane trdnosti, pri vijih tlanih trdnostih do okoli 85 MPa pase lahko znia na 5 %. Carasquillo in njegovi sodelavci Carrasquillo, R. L., Nilson, A. H., Slate, F. O.: PROPERTIESOF HIGH STRENGTH CONCRETE SUBJECT TO SHORT-TERM LOADS , ACI Journal, Vol. 78, No. 3, maj-junij 1981, str. 171-178. so

predlagali za doloanje cepitvene natezne trdnosti betona izraz (13) MPa54,0, cmspct ff , 32 MPa


49/55

Tehnologija betona

~ 49 ~

Predlagala sta tudi izraz (16) za izraun delovnega diagrama betona v nategu

11

12

cot

cotcot

cot

cot

2

cotcot

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

c

cc

c

ccc

ctm

c

f, (16)

pri emer sta in parametra odvisna od materiala.

Slika 27 Oblika delovnega diagrama betona v nategu ( = 2.84 in = 1.66 ).Marzouk, H., Chen, Z. W.: FRACTURE ENERGY AND TENSION PROPERTIES OF HIGH-STRENGTH CONCRETE, Journal

of Materials in Civil Engineering, Vol. 7, No. 2, maj 1995, str. 108-116.

Delovna skupina za visokotrdne / visokovredne betone pri zdruenju CEB-FIP Comit Euro-International duBton: HIGH PERFORMANCE CONCRETE, Recommended Extensions to the Model Code, Research Needs , Report of the CEB-FIP

Working Group on High Strength / High Performance Concrete, Bulletin d Information N o 228, julij 1995.pa priporoa, da sekarakteristine vrednosti natezne trdnosti betona raunajo po izrazih (17)

6,0

,

ff

fff

cko

cmmctkoctm ,

6,0

ff

fff

cko

cmctko,minctk,min , (17)

6,0

ff

fff

cko

cmctko,maxctk,max ,

fcko= 10 MPa, f= 8 MPa,fctko,min=1.22 MPa,fctko,max=2.38 MPa,fctko,m=1.80 MPa.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

c/

cot

c/ f

ctm


50/55

Tehnologija betona

~ 50 ~

Razmerje med natezno in tlano trdnostjo betona

eprav sta nate