Osobine svježeg
betona
Predavanje, 12.11.2013.
Pripremili:
Doc.dr. Merima Šahinagić-Isović
Asis. Marko Ćećez
SADRŽAJ
z
z
z
z
z
Struktura svježeg betona
Reološka svojstva svježeg betona
Tehnološka svojstva svježeg betona
Konzistencija i mjerenje konzistencije
Ostala svojstva svježeg betona
z
z
z
z
z
z
z
Zapreminska masa
Homogenost
Mehanička otprnost
Procenat uvučenog vazduha
Vrijeme vezivanja
Pritisci svježeg betona na oplatu
Temperatura svježeg betona
Struktura svježeg betona
z
Višekomponentan i polidisperzan sistem:
⇒
finodisperzne čestice: cement, vrlo sitne čestice agregata i
neki praškasti mineralni dodaci (eventualno)
znatno krupnija zrna sitnog i krupnog agregata, voda, dodaci
(eventualno) i mjehurići vazduha
⇒
z
⇒
Generalno svojstva svježeg betona su
između:
“pravih” viskoznih tečnosti (tzv. struktuirane viskozne tečnosti)
⇒
⇒
čvrstih tijela
⇒
z
⇒
⇒
posjeduje određenu strukturnu čvrstoću
podnosi značajne plastične deformacije, mala elastičnost
Svojstva svježeg betona zavise:
Karakteristika komponenata
Strukture mješavine
Struktura svježeg betona
z
Struktura sistema od dvije komponente:
⇒
⇒
Cementna pasta
Agregat
z
Svojstva cementne paste zavise od:
⇒
odnosa čvrste i tečne faze
⇒ povećavanjem vode povećavamo fluidnost, a smanjujemo
strukturnu čvrstoću
⇒ voda u okviru sistema može da bude: hemijski vezana, fizičkohemijski vezana i fizički vezana
Karakter veze
Orjentacioni relativni sadržaj vode u odnosu na ukupnu
količinu (%)
U svježe pripremljenoj
mješavini
U periodu vezivanja cementa
Hemijska – u tačno određenim
kvantitativnim odnosima
1-2
4-5
Fizičko-hemijska – apsorpciona
voda na površini zrna
3-5
20-25
Mehanička – strukturna (voda u
šupljinama, porama i kapilarima)
93-95
70-75
Struktura svježeg betona
z
Osnovne strukture svježeg betona:
⇒
struktura I:
⇒
⇒
⇒
struktura II
⇒
⇒
⇒
velika količina cementne paste, ima veliku
fluidnost, izuzetna ugradljivost i obradljivost
reološka svojstva kao kod viskoznih tečnosti
cementna pasta ispunjava prostore između zrna
agregata, efekat trenja, lošija ugradljivost i
obradljivost (različiti postupci zbijanja)
struktuirana tečnost – kohezivnost zrna agregata
struktura III
⇒
⇒
mala količina cementne paste, fluidnost
zanemarljiva, naročiti tehnološki postupci
reološka svojstva - uticaj tzv. suhog trenja
Reološka svojstva svježeg betona
z
Elastoplastično-viskozno tijelo (sistem)
⇒
Bingamovo tijelo:
⇒
⇒
⇒
⇒
Elastični element (opruga)
Čvrsto tijelo (blok) – sila trenja (granično smičuće naprezanje τm)
Klip u viskoznoj tečnosti (dinamička viskoznost ηm)
Bingamov izraz: povezuje naprezanje i deformacije
τ = c + η⋅
dγ
+ σ ⋅ tg ϕ
dt
τ = τm + ηm ⋅
dγ
dt
Reološka svojstva svježeg betona
⇒
Tri karakteristična područja:
⇒
⇒
⇒
⇒
I područje: svježi beton ima početnu (intaktnu) strukturu(τ< τ0)
II područje: početak tečenja, destrukcije strukture (τ0-početak tečenja,
τm-granični napon smicanja)
III područje: teška tečnost sa konst. viskoznosti ηm
Tiksotropija:
⇒
sposobnost svježeg betona da pod uticajem mehaničkih dejstava mijenja
svoja reološka svojstva, a da se poslije završetka dejstva vrati u
prvobitno stanje u pogledu strukturne čvrstoće i viskoznosti
Reološka svojstva svježeg betona
⇒
Viskozimetri:
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
na principu mjerenja vremena isticanja svježeg betona kroz otvore
određenih veličina (tečni betoni)
na principu mjerenja dubine prodiranja u masu konusa ili nekog drugog
tijela (tečni betoni, sitnozrne mješavine i čista cementna pasta)
na principu mjerenja vremena ili brzine utonjavanja u masu kugle
određenog prečnika i mase (statički i vibracioni)
na principu mjerenja veličine sile potrebne za izvlačenje iz mase skupa
pločica, štapova ili cilindara
na rotaciji koaksijalnih (koncentričnih) cilindara uronjenih u masu svježeg
betona
Tehnološka svojstva svježeg betona
z
Uticaj pojedinih faktora na tehnologičnost svježeg
betona:
z Konzistencija
z Homogenost
z Ugradljivost (kompatibilnost)
z Povezanost (kohezivnost)
z Segregacija
z Izdvajanje vode
z Završna obradljivost površine svježeg betona
Tehnološka svojstva svježeg betona
z
⇒
Konzistencija
skup svih osobina svježeg betona koji se iskazuju putem pokazatelja
pokretljivosti i krutosti mješavine
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
vodocementni faktor:
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
kruta
slabo plastična
plastična
tečna
za cement 200 do 400 kg/m3 zavisi isključivo od količine vode (pravilo
konstantnog sadržaja vode)
voda se sa jedne strane troši na kvašenje cementa i stvaranje cementne
paste, a sa druge na kvašenje zrna agregata i eventualno upijanje
cementi sa dodacima zgure i/ili pucolana, vodu povećavamo za 15-20 kg/m3
vrsta i krupnoća zrna agregata
više od 400 kg/m3 količina vode se povećava za cca 10 kg/m3 na svakih 100
kg/m3 cementa
vrsta agregata i krupnoća zrna agregata
⇒
⇒
prirodni: riječni ili drobljeni
krupnije zrno, smanjenje ukupne površine zrna, smanjenje uticaja na
cementnu pastu
Tehnološka svojstva svježeg betona
Konzistencija
Količina vode (kg/m3) za slučaj agregata sa zrnom D (mm)
šljunak
drobljen kamen
VEBE
(s)
Slijeganje
(cm)
10
20
40
10
20
40
>28
0
145
130
120
155
145
130
28-24
0
150
135
125
160
150
135
24-20
0
160
145
130
170
160
145
20-16
0
165
150
135
175
165
150
16-12
0-1
175
160
145
185
175
160
12-10
1-1,5
185
170
155
195
185
170
10-8
2-2,5
190
175
160
200
190
175
7-6
3-4
195
180
165
205
195
180
5
5
200
185
170
210
200
185
3
7
205
190
175
215
205
190
2
8
210
195
180
220
210
195
<2
10-12
215
200
185
225
215
200
Tehnološka svojstva svježeg betona
z
Konzistencija
⇒
zavisi i od temperature mješavine
⇒
zavisi i od vremena mjerenja nakon mješanja
zavisi i od vremena mjerenja nakon mješanja i količine dodataka
⇒
Tehnološka svojstva svježeg betona
z
Homogenost
⇒
⇒
JUS U.M1.028
potreban nivo homogenosti i nepromjenjivost ovog svojstva
z
Ugradljivost (kompaktibilnost)
⇒
količina korisnog rada potrebnog za potpuno zbijanje svježeg
betona
zavisi od reoloških karakteristika svježeg betona, konzistencije i
povezanosti (kohezivnosti)
⇒
Stepen ugradljivosti
betona
Teško ugradljiv beton
Ugradljiv beton
Samougradljiv beton
Vrsta konzistencije
Mjere zbijanja
Vlažna –K1
1,45 – 1,26
Plastična – K2
1,25 – 1,11
Tečna – K3
1,10 – 1,04
Tehnološka svojstva svježeg betona
z
Povezanost (kohezivnost)
⇒
zadržavanje homogenog rasporeda komponenata unutar mase svježeg
betona, bez obzira na djelovanje nekih spoljašnjih mehaničkih uticaja
ispitivanjem konzistencije: izdvajanje vode i cementne paste do
segregacije krupnijih zrna od sitnijih
⇒
⇒
⇒
smjese pravljene sa većom količinom vode
raslojavanje betonske mješavine:
1 – voda
2 – voda
3 – sitan
agregat
4 – krupan
agregat
z
Segregacija
⇒
razdvajanje krupnih od sitnih čestica pod uticajem različitih mehaničkih
uticaja (sile teže)
uslovljena nedovoljnom kohezivnošću komponenata
posljedica je nehomogenost betonske mješavine, a kasnije i očvrslog
betona
⇒
⇒
Tehnološka svojstva svježeg betona
z
Izdvajanje vode
⇒
na površini betona
⇒
⇒
⇒
nepovoljno: preko vode se radi betoniranje, pojava prslina (tzv. plastično
skupljanje)
povoljno: voda ispari bez pojave prslina
u masi betona
⇒
stvaranje vodenih “džepova” ispod krupnih zrna agregata
z
Završna obradljivost površine svježeg betona
⇒
funkcija granulometrijskog sastava agregata, oblika i površine zrna
agregata
funkcija količine maltereske komponente (smjesa cementa, finih čestica
agregata, eventualno mineralnih dodataka i vode)
⇒
Mjerenje konzistencije
•
⇒
⇒
⇒
⇒
Metoda slijeganja (JUS U.M8.050)
3 sloja po 25 udaraca (metalne letvice)
ocjena konzistencije Δh
plastičnije betonske smjese (veća pokretljivost), betoni sa većim količinama
cementa
“mršavi” betoni (pojava smicanja)
Abramsov konus
Mjerenje konzistencije
•
⇒
⇒
⇒
VEBE metoda (JUS U.M8.054)
Abramsov konus, 3 sloja po 25 udaraca
ocjena konzistencije Vebe stepeni (N)
kruće betonske smjese
N=
V1
⋅ t ( s)
V0
V0 - zapremina betona prije vibriranja (V0=5.5 dm3)
V1 - zapremina betona poslije vibriranja
t - vrijeme vibriranja u sekundama
Mjerenje konzistencije
•
⇒
⇒
⇒
Metoda rasprostiranja (JUS U.M8.052)
2 sloja (drvene letvice 4x4cm)
ocjena konzistencije, dva međusobno upravna pravca r1 i r2,
r -prosječna vrijednost (3 ispitivanja)
plastične i tečne betonske smjese
r − r0
⋅100(%)
r0
r0 - prečnik donje osnove konusa (r0=20 dm3)
Mjerenje konzistencije
•
Metoda slijeganja vibriranjem (metoda zbijanja)
(JUS U.M8.056)
⇒
⇒
⇒
visina pada pri sipanju mistrijom 10cm
ocjena konzistencije z
vibrirane betonske smjese
Mjerenje konzistencije
Zavisnost pokazatelja konzistencije po metodi slijeganja i po VEBE-e metodi
Ostala svojstva svježeg betona
z
z
z
z
z
z
z
Zapreminska masa
Homogenost
Mehanička otpornost
Procenat uvučenog vazduha
Vrijeme vezivanja
Pritisci sježeg betona na oplatu
Temperatura svježeg betona
Osobine svježeg betona
z
⇒
⇒
⇒
⇒
Zapreminska masa betona
kalupi za ispitivanje mehaničkih karakteristika očvrslog betona (kocke 20cm)
ugradnja indentična uslovima ugradnje u datu konstrukciju (konkretni uslovi)
⇒ Kruta konzistencija: vibrosto, nabijač
⇒ Slabo plastična konzistencija: vibrosto, vibroigla, nabijač
⇒ Plastična konzistencija: vibrosto, vibroigla, šipka za probadanje
⇒ Tečna konzistencija: šipka za probadanje
kod pervibratora se koristi kalup sa nastavkom
kalupi se postavljaju na sloj pjeska 10-15cm (izbjegavanja reflektovanih talasa)
Osobine svježeg betona
z
Zapreminska masa betona
γ b , sv =
'
b , sv
m
γ b , sv
(
mb , sv kg
m3
Vb , sv
)
mb,sv
Vb,sv
- masa svježeg betona u kalupu
- zapremina kalupa
⎛ ma' mv' ⎞
= m + m + m = m ⎜1 + ' + ' ⎟
⎝ mc mc ⎠
⎛ ma mv ⎞
= mc + ma + mv = mc ⎜1 +
+
⎟
m
m
c
c ⎠
⎝
ma' mv'
m m
1+ ' + ' = 1+ a + v
mc mc
mc mc
'
c
'
a
'
v
'
c
(
mc' kg
mc = γ b,sv '
m3
mb,sv
ma' kg
ma = mc '
m3
mc
( )
m kg
m =m
m ( m )
v
c
'
v
'
c
3
mb' , sv
)
mc'
=
γ b , sv
mc
Osobine svježeg betona
z
⇒
⇒
z
⇒
⇒
Homogenost
JUS U.M1.028 (slabo plastične, plastične i tečne konzistencije)
određuje se stvarni sastav betona (JUS U.M1.030) i standardne devijacije
za količinu cementa (nije veća od 10kg/m3) i vodocementni faktor (0,03)
na najmanje 10 uzoraka iz 3 mješavine
Mehanička otpornost svježeg betona
beton opterećen u kratkom roku nakon ugrađivanja (klizna oplata)
čvrstoća pri pritisku od 0,1- 0,3MPa i čvrstoća pri zatezanju oko 100 puta
manja
⇒
⇒
agregat sa granulometrijskim sastavom
koji obezbjeđuje dobru “upakovanost” zrna
snažno zbijanje tokom ugrađivanja
Osobine svježeg betona
z
Procenat uvučenog vazduha u svježi beton
⇒
JUS U.M1.031: Bojl-Mariotov zakon (tzv. metod pritiska)
⇒
snižavanje nivo vode u cijevi odgovara smanjenju zapremine usljed
zbijanja mase betona (izraženo u procentima)
⇒
⇒
ocjena efikasnosti određenog postupka kompaktiranja,
sadržaj uvučenog vazduha pri primjeni aeranata
1 – vazdušna
pumpa
2 – manometar
3 – kalibrirana
cijev
Osobine svježeg betona
z
⇒
⇒
Vrijeme vezivanja
JUS U.M1.019: penetrometri
utiskivanje igala (poprečnog presjeka od 645 mm2 do 16mm2) u izdvojenu
maltersku komponentu (sita otvora 5mm) do dubine 25 mm
⇒
⇒
vrijeme početka vezivanja: otpor od 3,5MPa
vrijeme kraja vezivanja: otpor od 28MPa
Osobine svježeg betona
z
Pritisci svježeg betona na oplatu (JUS U.C9.400)
⇒
zavise od slijedećih faktora:
⇒
⇒
⇒
⇒
konzistencije, odnosno reoloških svojstava svježeg betona
karakteristike same oplate
visine elementa koji se betonira
brzine punjenja oplate svježim betonom
pv = 10 ⋅ γ b , sv ⋅ hmax
ph = ph ( γ b , sv , ϕ, h, v )
⇒
⇒
⇒
zona visine h1: beton svjež i osjećaju se uticaji sredstava za ugradnju
zona visine h2: beton svjež, na početku vezivanja i ne osjećaju se uticaji
sredstava za ugradnju
zona visine h3: otpočeo proces vezivanja i očvršćavanja betona
Osobine svježeg betona
z
za vertikalnu oplatu:
⇒
Tri karakteristične površine:
⇒
⇒
⇒
⇒
A: gornja površina betona
B:površina do koje se propagira uticaj sredstava za kompaktiranje
C: gornja površina vezanog betona
horizontalni pritisci:
(
pb = 10 ⋅ γ b , sv ⋅ h1 kN
⇒
vertikalni pritisci:
m2
)
koef.pritiska betona
(
pc = pb + Δp = 10 ⋅ γ b , sv ⋅ ⎡⎣ h1 − ( h − h1 ) ⋅ d pl ⎤⎦ kN
ϕ - ugao unutrašnjeg trenja u svježem betonu
β - ugao trenja između betona i oplate
m2
)
Osobine svježeg betona
z
za oplatu koja sa horizontalom zaklapa ugao α≠90°
⇒
horizontalni pritisci:
⇒
vertikalni pritisci:
(
pb = 10 ⋅ γ b , sv ⋅ h1 kN
)
m2
pc = pb + Δp = 10 ⋅ γ b , sv ⋅ ⎡⎣ h1 − ( h − h1 ) ⋅ d pl ⎤⎦ kN
pb' = pb
pc' = pc
pd' = 10 ⋅ γ b , sv ⋅ hmax
(
m2
)
Osobine svježeg betona
z
⇒
⇒
⇒
Temperatura svježeg betona
zavisi od: početne temperature mješavine, temperature sredine, toplote
hidratacije cementa, razmjene toplote sa okolinom i dr.
od značaja je kod npr.izvođenja radova u zimskim ili ljetnim uslovima
jednačina toplotnog bilansa svježeg betona:
Tbo =
S a ⋅ Ta ⋅ ma + Sc ⋅ Tc ⋅ mc + Sv ⋅ Tv ⋅ mv
( °C )
S a ⋅ ma + Sc ⋅ mc + Sv ⋅ mv
J
S a ≅ Sc ≅ 0,84
g °C
Tbo =
J
Sv ≅ 4, 2
g °C
0, 20 (Ta ⋅ ma + Tc ⋅ mc ) + Tv ⋅ mv
0, 20 ( ma + mc ) + mv
( °C )
Sa,Sc,Sv – specifični toplotni kapaciteti
Ta,Tc,Tv – početne temperature
ma,mc,mv – mase agregata, cementa i vode
u 1m3
Slijedeće predavanje:
OSOBINE OČVRSLOG
BETONA
Download

Osobine svježeg betona