Komponente betona:
Agregat, Voda i Aditivi
Predavanje, 05.11.2013.
Pripremili:
Doc.dr. Merima Šahinagić-Isović
Asis. Marko Ćećez
SADRŽAJ
z
z
Osnovni uslovi kvaliteta agregata
Granulometrijski sastav agregata
z
z
z
z
z
Modul finoće agregata
Oblik i tekstura zrna agregata
Fizičko-mehaničke osobine agregata
Voda za građevinarstvo
Dodaci (aditivi)
z
z
Plastifikatori, superplastifikatori, aeranti, zaptivači
Akceleratori (ubrzivači), retarderi (usporivači) , antifrizi
Osnovni uslovi kvaliteta agregata
z
70-80% u ukupnoj masi betona
⇒
Agregat:
⇒
⇒
⇒
Prirodni: a) prirodno nevezane stijene (drobina, šljunak, pjesak)
b) drobljen i mljeven kamen (tucanik, grus, mljeven kamen)
Vještački: a) razni otpadni materijali i industrijski nuz-produkti (ložišna zgura,
leteći pepeo, kristalna zgura, granulisana zgura, pjenušava zgura)
b) specijalni proizvodi za primjenu u malterima i betonima (keramzitekspandirana glina, ekspandirani perlit, ekspandirani vermikulit)
Za spravljanje betona koriste se: prirodni šljunak i pijesak, drobljen
kamen, razne vrste zgura, pucolana, ekspandirana glina i sl.
⇒
⇒
Riječni agregat: jeftiniji, povoljnjiji u pogledu ugradljivosti i obradljivosti
Drobljen agregat: skuplji, homogeniji u petrografskom pogledu, povećane
mehaničke karakteristike (nezaobljenost zrna)
Osnovni uslovi kvaliteta agregata
z
⇒
U savremenim konstrukcijama koristi se isključivo separisani
(frakcionisani) agregat
JUS B.B3.100 predviđa upotrebu slijedećih nominalnih frakcija:
⇒
Osnovne frakcije:
0/4mm
4/8mm
8/16mm
16/32 (16/31,5)mm
32/63 (31,5/63)mm
63/125mm
⇒
Međufrakcije:
0/1mm
0/2mm
1/4mm
2/4mm
8/11 (8/11,2)mm
11/16 (11,2/16)mm mm
16/22 (16/22,4)mm
22/32 (22,4/31,5)mm
32/45 (31,5/45)mm
45/63mm
Osnovni uslovi kvaliteta agregata
Granulometrijski sastavi frakcija agregata
Osnovni uslovi kvaliteta agregata
⇒
Osnovna podjela agregata koji se koristi za spravljanje betona:
⇒
⇒
⇒
Sitan (zrna prolaze kroz sita otvora 4mm)
Krupan (zrna koja ne prolaze kroz sita otvora 4mm)
Komponente štetne sa aspekta fizičko-mehaničkih svojstava betona,
definišu se minerološko-petrografskim ispitivanjima:
⇒
⇒
⇒
⇒
izmjenjena (slaba) zrna, glinoviti pješčari, lapori i laporoviti karbonati,
argilošisti, mikašisti, filiti, škriljci, gips, glina i glinci, serpentin, liskun, ugalj i dr.
uzročnici alkalno-silikatne reakcije (opal-amorfni, tridimit, kristobalit, rožnjaci,
vulkanska stakla, hidroliskuni i dr.)
uzočnici korozije armature (minerali koji sadrže halogene element: halit, silvin i
minerali koji sadrže sumpor: pirit, markiz, pirotin, anhidrit)
uzočnici spriječavanja hidratacije (organska jedinjenja: saharit, masti)
Agregat (separisan prirodni)
Ispitivanje
Metoda prema standardu
Uslovi kvaliteta
Mineraloško-petrografski sastav
JUS B.B8.004
Ne smije sadržati štetne
sastojke
Sastojci koji spriječavaju
hidrataciju cementa
JUS B.B8.004
Ne smije sadržati
Zapreminska masa zrna
JUS B.B8.031
2000 – 3000 kg/m3
Upijanje vode
JUS B.B8.031
Najviše 1,5%
Otpornost protiv drobljenja u
cilindru
JUS B.B8.030
Količina sitneži najviše 30%
Postojanost na dejstvo mraza
JUS B.B8.044
Gubitak najviše 12%
Ukupni sumpor kao SO3
JUS B.B8.042
Najviše 1,0%
Hloridi
JUS B.B8.042
Najviše 0,10% (0,02% za
konstrukcije od
prednapregnutog betona)
Sadržaj organskih materija
JUS B.B8.039
Boja tečnosti svjetlija od
standardne
Agregat (separisan prirodni)
Ispitivanje
Metoda prema standardu
Uslovi kvaliteta
JUS B.B8.038
Najviše 0,50% u sitnom i
0,25% u krupnom agregatu
JUS B.B8.037
Najviše 4,0% za betone
otporne na dejstvo mraza i
mraza i soli najviše 3,0%
Sadržaj lakih čestica
JUS B.B8.034
Najviše 1,0% za betone čiji je
izgled uslov kvaliteta najviše
0,50%
Obavijenost površine zrna
glinom
JUS B.B8.004
Nesmije postojati
Otpornost protiv drobljenja i
habanja
JUS B.B8.045
Koeficijent “Los Angeles”
najviše 35,0
Sadržaj grudvi gline
Sadržaj slabih zrna
Agregat (sirovina-kamen)
Ispitivanje
Metoda prema standardu
Uslovi kvaliteta
Mineraloško-petrografski sastav
JUS B.B8.003
Utvrđuje se ali ne predstavlja
uslov kvaliteta
Habanje brušenjem
JUS B.B8.015
Najviše 30 cm3/50 cm2
Zapreminska masa zrna
JUS B.B8.032
2000 – 3000 kg/m3
Upijanje vode
JUS B.B8.010
Najviše 1,0%
Minimaln 80 MPa odnosno
160 Mpa*)
-
u suhom stanju
-
u vodom zasićenom stanju
JUS B.B8.012
Postojanost na dejstvo mraza
JUS B.B8.002
Najviše 5%
Ukupni sumpor kao SO3
JUS B.B8.042
Najviše 1,0%
Hloridi
JUS B.B8.042
Najviše 0,10% (0,02% za
konstrukcije od
prednapregnutog betona)
*) Za
betone izložene habanju i eroziji
Minimalno 64 MPa odnosno
128 MPa*)
Granulometrijski sastav agregata
b)
Izbor granulometrijskog sastava najznačajnije pitanje tehnologije
betona:
postići povoljnu ugradljivost i obradljivost svježe betonske mješavine
postizanje odgovarajućih fizičko-mehaničkih osobina očvrslog betona
⇒
Za spravljanje betona potrebno:
a)
primjeniti optimalnu količinu cementne paste (velika količina smanjuje čvrstoću,
vodonepropustljivost, otpornost na dejstvo mraza, hemijsku otpornost i dr., a
povećava skupljanje i tečenje betona)
primjeniti agregat odgovarajućeg granulometrijskog sastava (jednozrni agregati
neprihvatljivi i sa tehničkog i sa ekonomskog aspekta, suho trenje u masi)
⇒
a)
b)
Teorijske strukture jednozrnih betona
Granulometrijski sastav agregata
⇒
Teorijski:
⇒
⇒
Najkrupnije zrno D, popunjava se sa zrnima 6-7 puta manjim prečnikom (9%
praznina), pa opet sa 6-7 puta manji prečnik (3% praznina) itd.
Praktično:
⇒
⇒
Loptasta zrna nepovoljna sa gledišta ugradljivosti i obradljivosti, kao i sa
ekonomskog stanovišta
Agregati kontinualnog granulometrijskog sastava, najbolja “upakovanost” zrna
Granulometrijski sastav agregata
⇒
0/4, 4/8, 8/16 i 16/31,5mm
⇒
nominalno najkrupnije zrno agregata (D)
stvarno najkrupnije zrno agregata (maksimalno zrno) (Dmax)
⇒
Granulometrijski sastav agregata
⇒
Kod eksperimentalnog definisanja kompozicije agregata težiti:
⇒
⇒
⇒
Većem procentu najkrupnije frakcije (voditi računa o ugradljivosti i obradljivosti)
Granulometrijski sastav sitnog agregata u referentnom području
Sitne čestice (prašinaste i glinovite) veličine ispod 0,09mm, definisane su u
tabeli (veća količina može da smanji čvrstoću i otpornost na dejstvo mraza,
poveća upijanje vode, skupljanje i tečenje):
Osnovna frakcija ili
međufrakcija
Maksimalni sadržaj
sitnih čestica (%)
*) Vrijednost
⇒
a)
b)
Sitan agregat
Krupan agregat
0/4 0/1 0/2
1/4 2/4
Sve frakcije i
međufrakcije
5 ili 10*)
3
1
5% odnosi se na prirodni, a vrijednost 10% na drobljeni agregat
Referentne granulometrijske krive za beton i AB:
po starim propisima: Fuler i EMPA
po novim propisima: DIN 1048
Referentne granulometrijske krive
d
D
●
Fuler:
⇒
koristimo sitniji agregat - bliže krivoj Fuler
⇒
F = 100
ukoliko se zahtjeva beton većih čvrstoća, imamo oblik zrna koji nije
povoljan, ako ne postoji primjena efikasnih sredstava za ugrađivanje
⎛d
d ⎞
⎟
E = 50⎜⎜ +
D ⎟⎠
⎝D
●
EMPA:
⇒
koristimo krupniji agregat - bliže krivoj EMPA
⇒
ukoliko se zahtjeva beton većih čvrstoća, imamo agregat sa
zaobljenim zrnima, imamo efikasna sredstva za ugrađivanje
Referentne granulometrijske krive
●
Kontinualna granulometrijska kompozicija:
⇒
područje (3), povoljna granulometrijska kompozicija
⇒
područje (4), prihvatljiva granulometrijska kompozicija
⇒
područje (5), zahtjeva povećanu količinu vode
⇒
područje (1) i (2), nedovoljno ugradljivi
●
Diskontinualna granulometrijska kompozicija(U)
Diskontinualna granulometrijska kompozicija
⇒
Prednosti:
⇒
⇒
⇒
Mane:
⇒
⇒
⇒
izvanredno velika kompaktnost betona
visoke fizičko-mehaničke osobine
ekstrakcija i korištenje samo pojedinih kategorija zrna iz prirodne mješavine
agregata, ekonomski neprihvatljivo
vrlo teško ugradljivi, zahtjeva povećane količine vode, može prouzrokovati
segregaciju
Između najkrupnijeg i najsitnijeg zrna u okviru jedne frakcije toleriše se
odnos 2
Valetova diskontinualna granulometrijska kompozicija
Modul finoće agregata
1
1 m
1 m
M=
( p1 + p2 + p3 + ... pm ) = ∑ pi = ∑ (100 − yi )
100
100 i =1
100 i =1
F
F
1 m
log 2
≅
≅
M=
p
∑ i
100 i =1 log 2 100 ⋅ log 2 30
⇒
F = površina ograničena posmatranom granulometrijskom krivom, ordinatnom osom i
pravom paralelnom apcisi povučenom kroz ordinatu Y=100%
⇒
Dva agregata sa istim modulima finoće (uz zadovoljenje svih drugih bitnih uslova)
daju betone približno istih mehaničkih karakteristika
Elementi za definisanje modula finoće agregata
Oblik i tekstura zrna agregata
⇒
Oblik zrna agregata (JUS B.B3.100):
⇒
⇒
⇒
Krupni agregat: ne smije da bude više od 20% pljosnatih i dugaljastih zrna
(odnos najveće prema najmanjoj domenziji veći od 3)
Sitni agregat: ne propisuje se oblik zrna
Zapreminski koeficijent (JUS B.B8.049):
⇒
veća vrijednost daje betone bolje ugradljivosti i obradljivosti, kao i visoke
fizičko-mehaničke karakteristike
⇒
⇒
⇒
⇒
za prirodan (riječni) agregat kF>0,18
za drobljeni agregat kF>0,15
za mješani agregat kF>0,18
Tekstura zrna agregata:
⇒
manja hrapavost površine zrna agregata daje betone bolje ugradljivosti i
obradljivosti, a veća hrapavost daje betone boljih fizičko-mehaničkih
karakteristika
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
Staklast (crni kamen, opal)
Gladak (valutice šljunka, meki krečnjaci)
Fino hrapav (bazalt, trahit, porfir, neki krečnjaci)
Pjeskovito hrapav (pješčari)
Grubo hrapav (granit, gabro, gnajs)
Saćast i šupljikav (bigar, plovućac)
Fizičko-mehaničke osobine agregata
z
Zapreminska masa: 1700-2000 kg/m3
γ zz =
′
mov
V
Zap.masa vodom zasićenih površinski suhih zrna agregata
γ zz ≅ γ s
γ zs =
z
mo
V
Zap.masa zrna suhog agregata
Upijanje vode i vlažnost agregata
′ − m0
mov
u=
⋅ 100(%)
m0
z
Smrzlost agregata
Fizičko-mehaničke osobine agregata
z
Drobljivost agregata
m
D = 2 ⋅ 100(%)
m1
D=
D=
m1- masa uzorka prije djelovanja sile
m2- masa sitnježi
m1
⋅ 100(%) m1- masa uzorka koja je prošla kroz sito
m
m2
⋅ 100(%)
m
m2- masa uzorka koja je ostala na situ
m- ukupna masa uzorka
Fizičko-mehaničke osobine agregata
z
Drobljivost i habanje
m − m1
LA = 0
⋅ 100(%)
m0
m0- masa uzorka prije ispitivanja
m1- masa ostatka uzorka na situ 1,6mm
Mašina “Los Angeles”
z
Postojanost agregata (natrijumsulfat)
Voda za građevinarstvo:
•
•
za proizvodnju i spravljanje drugih građevinskih
materijala
negativni uticaj na objekat (konstrukciju)
Porijeklo vode:
•
•
–
–
–
•
Atmosferska (velika količina gasova, prašine, čađi)
Površinska:
Riječna (veća ili manja količina rastvornih materijala)
Jezera i močvare (velika količina organskih materija)
Morska (velika količina min.supstanci, NaCl,MgCl,MgSO4,CaSO4)
Podzemna (mineralizovane, nisu agresivne)
Primjese u vodi:
⇒
⇒
H2O (γs=1g/cm3)
Primjese u prirodnoj vodi:
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
Voda za spravljanje betona:
⇒
⇒
⇒
Mehaničke (plivaju, lebde ili se talože)
Koloidne suspenzije od gline ili nekih drugih organskih materija
Rastvorene soli i gasovi
Raznorazni mikroorganizmi i bakterije
Ne smije da sadrži sastojke koji mogu nepovoljno da utiču na
hidrataciju cementa
Ne smije da ima sastojke koji mogu da budu uzročnici korozije
armature u AB konstrucijama
Ocjena podobnosti “sumnjive” vode:
⇒
⇒
Vrijeme vezivanja cementa (ne više od 30 min)
Čvrstoća uzroka maltera ili betona (10%, pri starostima od 7 i 28
dana)
Uslovi kvaliteta vode za spravljanje betona
Vrijednosti propisane za
Karakteristika vode
nearmirani
beton
armirani beton
prednapre-gnuti
beton
4,5 do 9,5
4,5 do 9,5
4,5 do 9,5
-
300
100
2700
2700
1000
-
-
100
Sadržaj nitrata (NO3-)
500
500
500
Sadržaj fosfata (P2O5)
100
100
100
Sadržaj NaHCO3
1000
1000
1000
Potrošnja KMnO4
200
200
200
Sadržaj rastvorljivih materija, kao ostatak
isparenja bistre ili procijeđene vode
5000
5000
2000
Sadržaj rastvorljivih materija, kao razlika
ostatka isparenja neprocijeđene i
procijeđene vode
2000
2000
2000
pH vrijednost
Sadržaj hlorida (Cl-)
Sadržaj sulfata (SO42-)
Sadržaj sulfida (S2-)
Napomena: Prikazani sadržaj (osim pH vrijednosti) predstavlja maksimalne dozvoljene
količine izražene u mg/l
Dodaci (Aditivi)
•
Plastifikatori:
⇒
poboljšavaju ugradljivost i obradljivost
smanjuju količinu vode od 10% do 15%
fino dispergovani materijali: bentonit, elektrofilterski pepeo,
pucolani i dr.
doziraju se u količini od 0,2 do 3% u odnosu na masu cementa
•
Superplastifikatori:
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
smanjuju količinu vode preko 30%
vodeni rastvori sulfonovanog melamin formaldehida,sulfonovanog
naftalin formaldehida ili modifikovanog lignosulfonata
tečnosti specifične mase od 1100-1200kg/m3
Dodaci (Aditivi)
•
Plastifikatori:
⇒
Dva osnovna tipa:
⇒
⇒
čestice sfernog (ili približno sfernog) oblika imaju ulogu kuglica koje svojim
oblikom i “podmazanom” površinom smanjuju trenje unutar mase svježeg
betona
čestice su svojevrsna maziva, koje proizvode efekat deflokulacije zrna cementa
i stvaraju tanke opne oko njih, što smanjuje trenje
Dodaci (Aditivi)
•
⇒
⇒
Aeranti (uvlačivači vazduha):
povećava se otpornost na dejstvo mraza (ne smanjuje se čvrstoća)
formiraju mjehuriće vazduha od 0,01 do 0,3mm
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
smanjuje se kapilarno upijanje vode
dobija se prostor za nesmetano širenje leda (eliminacija unutrašnjih
napona)
smolasta organska jedinjenja
doziraju se u količini od 0,5-1%u odnosu na masu cementa
koriste se kod betonskih kolovoza, aerodromskih pista, kanala i sl.
kombinovano dejstvo mraza i soli:
Najveća frakcija agregata (mm)
Količina uvučenog vazduha – sadržaj pora (%)
31,5/63
2–3
16/31,5
3–5
8/16
5–7
4/8
7 - 10
Dodaci (Aditivi)
•
Aeranti:
•
Zaptivači:
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
regulatori strukture betona (isto kao aeranti)
zaptivaju kapilarne pore u cementnom kamenu
povećavaju stepen vodonepropustljivosti očvrslog betona
masne kiseline (kaprinska, sterainska, oleinska)
u obliku emulzija ili smolastih bitumenoznih formulacija
Dodaci (Aditivi)
•
⇒
⇒
Akceleratori (ubrzivači):
betoniranje po hladnom vremenu, brzi prirast čvrstoće, hitne
intervencije i sl.
alkalni silikati i aluminati (od 0,1%), kalcijum hlorid CaCl2 (od 0,2
do 2%), natrijum hlorid, natrijum sulfat, natrijum nitrat (od 2-5%)
⇒
⇒
•
⇒
⇒
⇒
⇒
0,2% (brz prirast čvrstoće u prvih 7 dana)
2% (nakon 7 dana ostvaruje čvrstoću koja odgovara od 28 dana)
Retarderi (usporivači):
oko zrna cementa stvaraju tanke opne koje spriječavaju brzo
odvijanje hemijskih procesa na relaciji cement-voda (hidratacija)
betoniranje na visokim temperaturama, transportovanje na veće
udaljenosti, betoniranje bez prekida i sl.
sadra CaSO4⋅H2O, dekstrin, razne vrste šećera (glukoza,
saharoza), glicerin, oksidi cinka i olova
dodaju se u količini od 0,1%
Dodaci (Aditivi)
•
⇒
⇒
⇒
Antifrizi:
snižavaju tačku smrzavanja vode
betoniranje na niskim temperaturama (<0ºC)
kalcijum hlorid, natrijum nitrat, natrijum hlorid (kuhinjska so) i dr.
⇒
⇒
⇒
kod nearmiranih konstrukcija dodaju se i do 10%
kod armiranih i prenapregnutih konstrukcija je strogo ograničeno
Regulatori procesa vezivanja i očvršćavanja betona
Vrsta aditiva
Efekat vezivanja
Efekat očvršćavanja
Ubrzivač
NaF
K2SO4
CaCl2
CaCl2
FeCl2
Ca(NO3)2
Na2SO4
Usporivač
sadra
melasa
dekstrin
šećeri
Antifriz
Isto kao u slučaju vezivanja,
ali sa povećanim dozama
NaCl, CaCl2, NaNO3, K2CO3 i drugo
Uslovi primjene dodataka betonu
⇒
JUS U.M1.034-039 i JUS U.M1.044
⇒
Kvantitativno se uslovljava:
⇒
⇒
⇒
⇒
Vrijeme vezivanja i postojanost zapremine cementa sa plastifikatorom,
aerantom i zaptivačem (JUS B.C1.011)
Povećanje sadržaja vazduha u cementnom malteru pri upotrebi aeranta
treba da je veće od 4% (u odnosu na malter bez aeranta)
smanjenje vode u cementnom malteru (pri upotrebi plastifikatora, a pri
istoj konzistenciji JUS B.C8.042) treba da iznosi najmanje 5%
čvrstoće pri pritisku maltera sa aditivima u odnosu na čvrstoće “čistih”
maltera (etalona) treba da su:
Vrsta dodatka betonu
Plastifikator
Čvrstoća pri pritisku (%)
1 dan
3 dana
7 dana
28 dana
90
95
95
95
Aerant
Smanjenje od 5% za svaki % uvučenog vazduha
Usporivač vezivanja
Ubrzivač vezivanja
Zaptivač
Ne uslovljava se
115
100
Ne uslovljava se
100
90
100
100
Uslovi primjene dodataka betonu
Etalon
%
Plastifik
atori
%
Aeranti
kod
uvučenog
vazduha
za
dodatna
2%
prema
etalonu
%
Uspori
vači
veziva
nja 1)
%
Ubrziva
či
vezivan
ja2) %
100
100
100
100
110
110
110
90
90
90
90
100
Otpornost prema
dejstvu mraza
100
100
120
Vodonepropustljivost
(V-n – marka
vodonepropustljivosti)
V-n
V-n
V-n
Vrsta ispitivanja
1)
2)
Dodaci za
betoniranj
e pri
niskim
temperatur
ama
%
Ubrzivač
i porasta
čvrstoće
%
Zaptivač
i
%
100
60
130
120
100
90
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
V-n
-
V-n
V-(n+2)
Usporivači koji pomjeraju početak vezivanja za najmanje 6 sati prema etalonu
Ubrzivači koji pomjeraju početak vezivanja na 5 minuta
V-n
Slijedeće predavanje:
OSOBINE SVJEŽEG
BETONA
Download

Komponente betona: Agregat, Voda i Aditivi