Komponente betona: Agregat, Voda i Aditivi

Transcript

1 Komponente betona: Agregat, Voda i Aditivi Predavanje, Pripremili: Doc.dr. Merima Šahinagić-Isović Asis. Marko Ćećez

2 SADRŽAJ Osnovni uslovi kvaliteta agregata Granulometrijski sastav agregata Modul finoće agregata Oblik i tekstura zrna agregata Fizičko-mehaničke osobine agregata Voda za građevinarstvo Dodaci (aditivi) Plastifikatori, superplastifikatori, aeranti, zaptivači Akceleratori (ubrzivači), retarderi (usporivači), antifrizi

3 Osnovni uslovi kvaliteta agregata 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)

4 Osnovni uslovi kvaliteta agregata U savremenim konstrukcijama koristi se isključivo separisani (frakcionisani) agregat JUS B.B3.100 predviđa upotrebu slijedećih nominalnih frakcija: Osnovne frakcije: 0/4mm Međufrakcije: 0/1mm 4/8mm 8/16mm 16/32 (16/31,5)mm 32/63 (31,5/63)mm 63/125mm 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

5 Osnovni uslovi kvaliteta agregata Granulometrijski sastavi frakcija agregata

6 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)

7 Agregat (separisan prirodni) Ispitivanje Metoda prema standardu Uslovi kvaliteta Mineraloško-petrografski sastav Sastojci koji spriječavaju hidrataciju cementa JUS B.B8.004 JUS B.B8.004 Ne smije sadržati štetne sastojke Ne smije sadržati Zapreminska masa zrna JUS B.B kg/m 3 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 SO 3 Hloridi Sadržaj organskih materija JUS B.B8.042 JUS B.B8.042 JUS B.B8.039 Najviše 1,0% Najviše 0,10% (0,02% za konstrukcije od prednapregnutog betona) Boja tečnosti svjetlija od standardne

8 Agregat (separisan prirodni) Ispitivanje Metoda prema standardu Uslovi kvaliteta Sadržaj grudvi gline Sadržaj slabih zrna Sadržaj lakih čestica Obavijenost površine zrna glinom Otpornost protiv drobljenja i habanja JUS B.B8.038 JUS B.B8.037 JUS B.B8.034 JUS B.B8.004 JUS B.B8.045 Najviše 0,50% u sitnom i 0,25% u krupnom agregatu Najviše 4,0% za betone otporne na dejstvo mraza i mraza i soli najviše 3,0% Najviše 1,0% za betone čiji je izgled uslov kvaliteta najviše 0,50% Nesmije postojati Koeficijent Los Angeles najviše 35,0

9 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 cm 3 /50 cm 2 Zapreminska masa zrna JUS B.B kg/m 3 Upijanje vode - u suhom stanju - u vodom zasićenom stanju JUS B.B8.010 Najviše 1,0% JUS B.B8.012 Postojanost na dejstvo mraza JUS B.B8.002 Najviše 5% Ukupni sumpor kao SO 3 JUS B.B8.042 Minimaln 80 MPa odnosno 160 Mpa *) Minimalno 64 MPa odnosno 128 MPa *) Najviše 1,0% Hloridi *) Za betone izložene habanju i eroziji JUS B.B8.042 Najviše 0,10% (0,02% za konstrukcije od prednapregnutog betona)

10 Granulometrijski sastav agregata Izbor granulometrijskog sastava najznačajnije pitanje tehnologije betona: a) postići povoljnu ugradljivost i obradljivost svježe betonske mješavine b) 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) b) primjeniti agregat odgovarajućeg granulometrijskog sastava (jednozrni agregati neprihvatljivi i sa tehničkog i sa ekonomskog aspekta, suho trenje u masi) Teorijske strukture jednozrnih betona

11 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

12 Granulometrijski sastav agregata 0/4, 4/8, 8/16 i 16/31,5mm nominalno najkrupnije zrno agregata (D) stvarno najkrupnije zrno agregata (maksimalno zrno) (D max )

13 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 Sitan agregat 0/4 0/1 0/2 1/4 2/4 Krupan agregat Sve frakcije i međufrakcije Maksimalni sadržaj sitnih čestica (%) 5 ili 10 *) 3 1 *) Vrijednost 5% odnosi se na prirodni, a vrijednost 10% na drobljeni agregat Referentne granulometrijske krive za beton i AB: a) po starim propisima: Fuler i EMPA b) po novim propisima: DIN 1048

14 Referentne granulometrijske krive Fuler: koristimo sitniji agregat - bliže krivoj Fuler 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 koristimo krupniji agregat - bliže krivoj EMPA EMPA: F = 100 d D ukoliko se zahtjeva beton većih čvrstoća, imamo agregat sa zaobljenim zrnima, imamo efikasna sredstva za ugrađivanje

15 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)

16 Diskontinualna granulometrijska kompozicija Prednosti: izvanredno velika kompaktnost betona visoke fizičko-mehaničke osobine Mane: 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

17 Modul finoće agregata m m M = p1+ p2 + p3 + p = p = y M (... ) ( 100 ) m 1 log2 F F = pi 100 log log 2 30 i= 1 m i i i= 1 i= 1 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

18 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 k F >0,18 za drobljeni agregat k F >0,15 za mješani agregat k F >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)

19 Fizičko-mehaničke osobine agregata Zapreminska masa: kg/m 3 γ γ zz zz m ov = Zap.masa vodom zasićenih površinski suhih zrna agregata V γ m s o γ zs = Zap.masa zrna suhog agregata V Upijanje vode i vlažnost agregata u m m ov 0 = m 0 100(%) Smrzlost agregata

20 Fizičko-mehaničke osobine agregata Drobljivost agregata D m m 2 = 1 100(%) m 1 - masa uzorka prije djelovanja sile m 2 - masa sitnježi D D m = 1 100(%) m m = 2 100(%) m m 1 - masa uzorka koja je prošla kroz sito m 2 - masa uzorka koja je ostala na situ m- ukupna masa uzorka

21 Fizičko-mehaničke osobine agregata Drobljivost i habanje L A m m 0 1 = m 0 100(%) m 0 - masa uzorka prije ispitivanja m 1 - masa ostatka uzorka na situ 1,6mm Mašina Los Angeles Postojanost agregata (natrijumsulfat)

22 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,MgSO 4,CaSO 4 ) Podzemna (mineralizovane, nisu agresivne)

23 Primjese u vodi: H 2 O (γ s =1g/cm 3 ) Primjese u prirodnoj vodi: Mehaničke (plivaju, lebde ili se talože) Koloidne suspenzije od gline ili nekih drugih organskih materija Rastvorene soli i gasovi Raznorazni mikroorganizmi i bakterije Voda za spravljanje betona: 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)

24 Uslovi kvaliteta vode za spravljanje betona Karakteristika vode nearmirani beton Vrijednosti propisane za armirani beton prednapre-gnuti beton ph vrijednost 4,5 do 9,5 4,5 do 9,5 4,5 do 9,5 Sadržaj hlorida (Cl - ) Sadržaj sulfata (SO 4 ) Sadržaj sulfida (S 2- ) Sadržaj nitrata (NO 3- ) Sadržaj fosfata (P 2 O 5 ) Sadržaj NaHCO Potrošnja KMnO Sadržaj rastvorljivih materija, kao ostatak isparenja bistre ili procijeđene vode Sadržaj rastvorljivih materija, kao razlika ostatka isparenja neprocijeđene i procijeđene vode Napomena: Prikazani sadržaj (osim ph vrijednosti) predstavlja maksimalne dozvoljene količine izražene u mg/l

25 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 kg/m 3

26 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

27 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/ /31, / /8 7-10

28 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

29 Dodaci (Aditivi) Akceleratori (ubrzivači): betoniranje po hladnom vremenu, brzi prirast čvrstoće, hitne intervencije i sl. alkalni silikati i aluminati (od 0,1%), kalcijum hlorid CaCl 2 (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 CaSO 4 H 2 O, dekstrin, razne vrste šećera (glukoza, saharoza), glicerin, oksidi cinka i olova dodaju se u količini od 0,1%

30 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 Usporivač Antifriz NaF K 2 SO 4 CaCl 2 sadra melasa dekstrin šećeri CaCl 2 FeCl 2 Ca(NO 3 ) 2 Na 2 SO 4 Isto kao u slučaju vezivanja, ali sa povećanim dozama NaCl, CaCl 2, NaNO 3, K 2 CO 3 i drugo

31 Uslovi primjene dodataka betonu JUS U.M 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 Čvrstoća pri pritisku (%) 1 dan 3 dana 7 dana 28 dana Plastifikator Aerant Usporivač vezivanja Smanjenje od 5% za svaki % uvučenog vazduha Ne uslovljava se Ubrzivač vezivanja Zaptivač Ne uslovljava se

32 Uslovi primjene dodataka betonu Vrsta ispitivanja Etalon % Plastifik atori % Aeranti kod uvučenog vazduha za dodatna 2% prema etalonu % Uspori vači veziva nja 1) % Ubrziva či vezivan ja 2) % Ubrzivač i porasta čvrstoće % Zaptivač i % Dodaci za betoniranj e pri niskim temperatur ama % Otpornost prema dejstvu mraza Vodonepropustljivost (V-n marka vodonepropustljivosti) V-n V-n V-n V-n - V-n V-(n+2) V-n 1) Usporivači koji pomjeraju početak vezivanja za najmanje 6 sati prema etalonu 2) Ubrzivači koji pomjeraju početak vezivanja na 5 minuta

33 Slijedeće predavanje: OSOBINE SVJEŽEG BETONA