Arhivski stručni sadržaj: članak čuva istorijske tvrdnje, tabele i dijagrame o cementnom malteru i betonu, ali nije dizajn mešavine, specifikacija materijala, plan betoniranja, proračun konstrukcije, vodič za ispitivanje ili evaluacija postojećeg elementa. Sastav, svojstva, klasu izloženosti, konzistentnost, način ugradnje, njegu, kontrolu kvaliteta i projektne vrijednosti moraju odrediti odgovorni stručnjaci prema konkretnom objektu, deklarisanim materijalima i važećim standardima.
Danas je Savo Kusić fokusiran na drvene prozore, drvo-aluminijum prozori, prilagođeni prozori, vrata i zahtjevi za ponudu. Ovaj članak ostaje kao istorijski arhiv i ne predstavlja ponudu za projektovanje, proizvodnju, ispitivanje ili izvođenje betonskih konstrukcija.
Opšti podaci
Sastav cementnog maltera ili sastav betona stuba, armirano-betonske međuspratne konstrukcije, obrađenog betonskog elementa, trotoarske ploče, luka mosta ili betonske ceste, smatraće se po pravilu zadovoljavajućim, ako je predmetni građevinski element izrađen sa najmanjom količinom materijala i rada na način da je dovoljno izdržljiv i pogodan za namenu. Ono što treba smatrati trajnim i primjerenim namjeni mora se definirati od slučaja do slučaja: stoga je prije početka izgradnje objekta potrebno utvrditi koja svojstva moraju imati malter i beton u pogledu tlačne čvrstoće, čvrstoće na savijanje, otpornosti na vremenske uvjete, vodonepropusnosti itd. Za to postoji mnogo različitih uputa u građevinskim propisima, kao i brojna ograničenja.
Zadatak izvođača radova je osigurati da vrijednosti pojedinačnih nekretnina zadovoljavaju tražene vrijednosti. Na svojstva betona može se uvelike uticati ako se koristi danas dostupno znanje.
Uslovi za izradu betona sa homogenim svojstvima
Ako tlačna čvrstoća građevinskog elementa nakon 28 dana treba da bude 40 MPa, ili ako se za beton kolovozne konstrukcije zahtijeva da čvrstoća na savijanje nakon 28 dana mora biti 4,5 MPa, tada se ove granične vrijednosti ne smiju ni na jednom mjestu prekoračiti; donja granična vrijednost može biti blizu uslovne vrijednosti. Ukoliko se prilikom izvođenja objekta ispune uže granice, izvođač bolje obavlja svoj zadatak. Vrlo je štetno ako uslovljene vrijednosti zaostaju za određenim - čak i na nekoliko - mjesta.
Povijesne vrijednosti i recepti: Brojke, proporcije, oznake, procedure njege i ograničenja u nastavku prebačeni su iz originalnog članka radi očuvanja sadržaja. Ne bi trebalo da se koriste kao moderni recepti, kriterijumi prihvatljivosti ili zamena za dizajn mešavine, laboratorijska ispitivanja, deklaracije materijala, tehnološki plan i važeće propise.
Čvrstoća na pritisak cementnog maltera i betona
Veličina tlačne čvrstoće u velikoj mjeri zavisi od svojstava cementa, količine cementa, količine i sastava pijeska i agregata, količine vode u betonu tokom ugradnje, načina ugradnje, itd.
Tabela 1. Uticaj količine agregata pri istoj količini maltera.
1. Cement
Tlačne čvrstoće cementnog maltera i betona određene su prethodnim zapažanjima i definisane su propisima.
2. Količina cementa
Prema sl. 1a, tlačna čvrstoća raste sa povećanjem količine cementa ako udio maltera u betonu ostane isti, dok se količina cementa u malteru povećava, a konzistencija betona se održava konstantno nepromijenjena. Ako količina maltera ostane nepromenjena i samo se količina agregata povećava ili smanjuje, čvrstoća će se samo neznatno menjati sve dok je količina maltera dovoljna da sadrži sva zrna agregata. Tlačna čvrstoća betona neće se povećavati u nedogled s povećanjem količine cementa - samo do određene granice. Nakon tog ograničenja, povećanje čvrstoće će biti neznatno u odnosu na cijenu, koja će se značajno povećati sa povećanjem količine cementa. Optimalna količina cementa za beton 1 m3 je 300-350 kg.
Tabela 2. Uticaj količine peska u betonu.
3. Količina maltera u betonu
Tlačna čvrstoća betona određena je čvrstoćom maltera, što potvrđuju tabele 1 i 2. Ovo vrijedi samo ako je čvrstoća agregata veća od čvrstoće maltera i ako je količina maltera dovoljna da u potpunosti pokrije krupna zrna agregata.
4. Granulometrijski sastav agregata
Iskorištavanje veziva će se postići u punoj mjeri ako granulometrijski sastav agregata u betonu odgovara proporcijama prikazanim grafički na slici 2. Na slici 2, potpuno proširena kriva se odnosi na riječni i drobljeni šljunak. Ova kriva pokazuje da od ukupnog agregata, 25% mora proći kroz sito sa otvorom #0,2mm; 65% mora proći kroz sito prečnika #3mm. Gornja granica za agregat je određena sitom prečnika #7mm.
Današnji standardi za određivanje granulometrijskog sastava agregata su različiti. Postoje četiri agregatne frakcije: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm i 16/31,5mm. Kategorije agregata određuju se u zavisnosti od količine prekomjerne i premalo masnog zrna.
Sl. 1.
Sl. 2.
5. Uticaj količine vode na svježi beton
Tlačna čvrstoća betona u velikoj mjeri ovisi o količini dodane vode. Najmanja količina vode pri kojoj beton postiže najveću čvrstoću dobija se kada se prilikom zbijanja ili vibracija betona pojave znaci jasno uočljivog “znojenja”, odnosno kada se prilikom zbijanja formira tanak sloj cementnog mlijeka. Daljnjim povećanjem količine vode smanjuje se tlačna čvrstoća. U ovom slučaju na prvom mjestu je vodocementni faktor – odnos mase vode i mase cementa prema 1 m3 betona. Optimalni vodocementni faktor za postizanje potpune hidratacije je 0,38 - 0,42. U praksi je to teško postići i ove vrijednosti se izvode eksperimentalno, ali je svakako usmjereno. Ako je količina vode nedovoljna, cement neće moći u potpunosti hidratizirati i beton neće postići predviđenu čvrstoću. Dodavanje vode kada nije potrebno također “guši” beton tako da ne postiže projektnu čvrstoću. Nakon ugradnje betona potrebno ga je redovno održavati narednih sedam dana. Njegovanje uključuje prskanje/zalijevanje betonske površine kako bi se nadoknadila isparena voda i kako bi cement mogao hidratizirati kako je planirano.
6. Utjecaj temperature
Prilikom izgradnje objekata u hladnoj sezoni, beton treba skladištiti tako da ne bude izložen mrazu prije nego što stvrdnjavanje napreduje do te mjere da je tlačna čvrstoća najmanje 10 MPa. Ako se ovaj postupak sprovede bez odlaganja, potreban efekat se može postići prije svega dodavanjem antifriza, akceleratora i sl. Antifriz sprječava smrzavanje vode u pripremljenom betonu, a akceleratori ubrzavaju proces hidratacije, koji je zimi izuzetno spor. Može se koristiti i aluminatni cement, koji je posebno pogodan za radove na mrazu, ako se radi o manjim objektima. Ako je beton u stanju zasićenom vodom često izložen ponovljenom smrzavanju i odleđivanju (npr. u slučaju hidrotehničkih objekata), tada se može očekivati uništenje ako beton na početku smrzavanja ima tlačnu čvrstoću manju od 15 MPa. U slučaju visokih temperatura zraka i materijala, beton mora biti stalno vlažan i hladan. Također je obavezno pokriti svježu betonsku masu bilo kojim materijalom koji će spriječiti zagrijavanje betonske površine. Pod uticajem visokih temperatura (preko 50 °C) razvoj tlačne čvrstoće betona je nepredvidiv ako se ne vodi odgovarajuća briga.
Sigurnost i performanse: cementna prašina i svježi beton mogu oštetiti oči, kožu i respiratorni trakt, a mikseri, pumpe, vibratori, oplata, podupirači i teški elementi nose dodatne mehaničke rizike. Aditivi se ne dodaju proizvoljno, niti se koriste istorijske reference hladnog i toplog vremena bez odobrenog recepta, tehničkih listova, plana betoniranja, zaštitne opreme i nadzora.
Vlačna čvrstoća betona
Vlačna čvrstoća betona u velikoj mjeri ovisi o veličini poprečnog presjeka uzoraka za ispitivanje. Povećanjem poprečnog presjeka ispitnih uzoraka postignuta je niža vlačna čvrstoća. Prilikom ispitivanja prizmi presjeka 400 cm2, koje su izrađene od uobičajene mješavine za armirani beton i nakon što su odležale oko tri mjeseca na vlažnom zraku, dobijene su vlačne čvrstoće od oko 1,2-2 MPa. Posebne smjese za cijevi i sl. davali su do oko 4 MPa čak i više, ako je debljina ispitnih tijela odgovarala debljini koja se koristi u praksi. Dobija se do 3,6 MPa za prskani beton (mlazni beton pripremljen na gradilištu). Utvrđeno je da je izduženje betona do loma mjereno u milimetrima na 1m u prosjeku 0,07-0,13 mm/m.
Vlačna čvrstoća betona je zanemarljiva u poređenju sa njegovom čvrstoćom na pritisak. U gotovo svim slučajevima koristi se armirani beton koji ima armaturu dizajniranu da nosi sile zatezanja u elementu. Smatra se da beton ne podnosi ništa u napetosti, tako da su projektanti na strani sigurnosti. Vlačna čvrstoća betona je deset puta manja od tlačne čvrstoće betona.
Vlačna čvrstoća betona pri savijanju
Čvrstoća na savijanje betonskih greda pravougaonog presjeka veća je od vlačne čvrstoće tijela istih dimenzija. To je prvenstveno zbog činjenice da koeficijent istezanja betona raste brže od opterećenja, tako da se ne ostvaruje raspodjela naprezanja koja se pretpostavlja uobičajenom metodom proračuna. Kod grede koja je podvrgnuta savijanju, najveće vlačno naprezanje javlja se samo u graničnoj ravni zategnutog pojasa, a kada je opterećenje u sredini grede čak i samo na vanjskoj ivici jednog dijela.
Veličina čvrstoće na savijanje tijela 28 dana starih, napravljenih od mekog ili tekućeg betona, utvrđena je kao 2-6 MPa; grede od zbijenog betona, uzorci prskanog betona kao i uzorci mlaznog betona, stari više mjeseci i skladišteni prvo u mokrom, a zatim u suhom stanju, dali su rezultate savojne čvrstoće od 3,2 MPa. Za ploče napravljene od istog materijala koje su držane pod vodom 8 dana, određena je vrijednost čvrstoće na savijanje 6,3 MPa.
Skupljanje, bubrenje i puzanje betona
Skupljanje i oticanje. Pukotine od skupljanja. Naponi skupljanja. Ako su betonska tijela koja su održavana u vlažnom stanju izložena sušenju, sušenje će početi na površini i napredovati prema unutrašnjosti. Spolja, beton može biti gotovo suh na zraku dok je njegova jezgra još vlažna. Suvi sloj ima tendenciju skupljanja, vlažna jezgra neće, ili će se skupiti samo u maloj mjeri. Kao rezultat toga, u takvom betonskom tijelu, na vanjskim površinama pojavljuju se vlačna naprezanja, a u jezgri tlačna naprezanja.
Ako vlačna naprezanja premašuju vlačnu čvrstoću betona, pojaviće se pukotine od skupljanja koje prodiru dublje ili pliće prema jezgru, a pojavljuju se na mjestima slabije čvrstoće. Kako sušenje napreduje, jezgro se postupno skuplja, vlačna naprezanja na vanjskim površinama se smanjuju.
Sl. 3.
Sl. 4.
Količina skupljanja betona zavisi od vrste cementa, količine cementa, količine vode tokom pripreme, od granulometrijskog sastava i elastičnosti kamenog agregata, kao i od starosti, a posebno od načina održavanja i klime, a u značajnoj meri i od dimenzija betonskog elementa.
Uzdužne promjene betona u stupovima i gredama izloženim dugotrajnom opterećenju. Puzanje betona. Stubovi koji su tri godine stajali pod dozvoljenim opterećenjem u suvom podrumskom prostoru, a izrađeni su od betona običnog sastava, stalno su skraćivani prema sl. 3, i znatno više od jednakih, ali neopterećenih kolona. Ove deformacije, koje se odvijaju sporo, prevazilazeći stepen skupljanja neopterećenog betona, nazivaju se “puzanjem”. Stupanj puzanja ovisi o sastavu betona, veličini i trajanju opterećenja, kao i o vlažnosti betona. Mokri beton puzi u mnogo manjoj mjeri nego suhi beton, sl. 4. Beton koji se dugo sušio bez izlaganja opterećenju samo malo puzi pod opterećenjem. Za vrijeme vlačnog opterećenja dolazi do puzanja u sličnoj mjeri kao i kod tlačnog opterećenja, sl. 5.
Puzenje betona, odnosno konstantno popuštanje betona pod opterećenjem rezultira povećanjem udjela armature u prijemu opterećenja u armiranom betonu, što u slučaju jako armiranih stubova može dovesti do značajnog rasterećenja samog betona.
Sl.5.
Pukotine i deformacije: prikazani trendovi skupljanja i puzanja nisu dovoljna osnova za procjenu pukotina, ugiba, nosivosti ili trajnosti određenog objekta. Za postojeću građevinu potrebna je inspekcija, dokumentacija, mjerenja i proračuni; za novogradnju su relevantni projekat, svojstva materijala, uslovi okoline, redosled izgradnje i važeći propisi.
Otpornost na klizanje između armature i betona
Armatura u armiranobetonskim konstrukcijama treba u potpunosti apsorbirati vlačne sile kada je otpor betona prekoračen tijekom zatezanja uslijed skupljanja betona i utjecaja vanjskih sila. U tu svrhu potrebno je da armatura može prenijeti svoja opterećenja na beton preko dodirnih površina sa betonom, tako da sidrenje armature ne pukne pod dozvoljenim opterećenjima. Sidrenje je osigurano kukama na krajevima šipki. Vrste armaturnih šipki koje postoje, a podjela se vrši na osnovu poprečnih rebara, su: B500A (glatki štap), B500B (šipka sa rebrom u jednom pravcu) i B500C (šipka sa rebrima u dva smjera).
Ojačanje i zaštitni sloj: istorijske oznake, opis rebara i način ankerisanja nisu osnova za odabir ili detaljizaciju današnje armature. Vrsta čelika, prečnik, spoj, ankerisanje, preklop, rastojanje, zaštitni sloj i ugradnja određuju se projektom i potvrđuju sljedivom dokumentacijom i kontrolom na gradilištu.
Otpornost cementnog maltera i betona na habanje
Malteri prema sl. 18 su takođe posebno dobri u ovom pogledu; što se tiče granulometrijskog sastava, u pravilu se treba pridržavati gore navedenih uputa o čvrstoći na pritisak. Osim toga, preporučuje se kamen koji pokazuje visoku otpornost na habanje i udarce. Dodaci koji su otporniji od dobrog tvrdog kamena povećavaju otpornost na habanje betona ako imaju odgovarajuću veličinu i oblik zrna. Mokri beton se brže troši od suhog betona; vlaga pomaže pri brušenju.
Otpornost betona na vremenske uslove
Kada je potrebno postaviti uslove za proizvodnju betona otpornog na vremenske utjecaje, prije svega treba poći od iskustava stečenih na prethodno izgrađenim objektima. Pri tome, prije svega, treba obratiti pažnju na sljedeće:
- Kako odabrati kamen? - Često se javljaju poteškoće pri odabiru kamena iz razloga ekonomičnosti, bilo da je potrebno koristiti kamen koji bi, poput lomljenog pijeska ili lomljenog kamena, ispao ravan i time prouzrokovao lošu ugradnju betona, ili je riječ o kamenu nedovoljne otpornosti na vremenske utjecaje. S tim u vezi, moraju se postaviti strogi zahtjevi, da se za vanjski beton koristi samo kamen dobre vremenske otpornosti
- Koja je količina cementa potrebna za beton? - Na vanjskim površinama beton mora biti dovoljno vodootporan. U tu svrhu može se koristiti ono što je utvrđeno o uticaju granulometrijskog sastava betona na vodopropusnost i na osnovu toga se može odrediti potrebna količina cementa. Neke optimalne količine cementa kreću se između 300-350 kg po m3 betona, ali to može dosta varirati od slučaja do slučaja (zavisi od mnogih faktora).
- Kojoj vrsti granulacije i kojim svojstvima zrnastog sastava betona treba težiti? - Zavisi od slučaja do slučaja - riječni agregat je povoljniji, neujednačenog sastava; drobljeni agregat može biti kvalitetniji u nekim aspektima, ali ima oštra zrna koja mogu biti štetna u nekim betonskim mješavinama.
- Koja čvrstoća betona je potrebna? - Na ovo pitanje je mnogo teže odgovoriti od onih o kojima je već bilo reči. Stoga se svi prethodni prijedlozi odnose na ograničene mogućnosti. Kako bi se riješio ovaj problem, provedeno je nekoliko ispitivanja koja su pokazala kakvu čvrstoću beton treba imati da bi dugo ostao otporan na ciklično smrzavanje i odmrzavanje. Zaključeno je da beton, prije višestrukog izlaganja smrzavanju i odmrzavanju, treba pokazati tlačnu čvrstoću od najmanje 15 MPa. Ako se beton obrađuje izvana, potrebne su veće čvrstoće; u takvom slučaju, preporučuje se osigurati najmanje 25 MPa.
- Koja je konzistencija betona prikladna? - Što se tiče konzistencije betona, trenutno postoji shvatanje da sa livenim betonom treba biti oprezan, jer on svojom velikom količinom vode pomaže izlučivanju, čije se posledice manifestuju u tome što se na svakom sloju koji se izliva pojavljuje manje ili više izražen sloj sitnozrnog i vodom bogatog maltera. Taj malter ima manju čvrstoću, veću moć upijanja vode itd.
- U kojoj mjeri treba uzeti u obzir oblik objekta? - Ako je, na primjer, vanjska površina nivelirana, tada se na značajnom dijelu betona zadržava više snijega i leda nego kada se zid tretira glatkim površinama. Natapanje može trajati dugo, pa je stoga češće zamrzavanje i odmrzavanje u mokrom stanju. Cilj je da snijeg, led i krhotine na zgradi budu što kraće.
U slučaju da se beton obrađuje izvana, treba imati na umu da zbog toga vodopropusnost po pravilu postaje veća i da se kamenorezačem razbijaju veliki komadi agregata koji leže na površini. Ako tretirani beton sadrži armaturu, potreban je poseban oprez kako bi se u dovoljnoj mjeri sačuvao zaštitni učinak betona (zaštitnog sloja) za armaturu. Prodor vode u beton može se u određenoj mjeri spriječiti premazima/aditivima.
Trajnost nije određena jedinstvenom vrednošću: izloženost vodi, mrazu, soli, habanju i hemijskom delovanju zahteva koordiniran izbor materijala, dizajniran zaštitni sloj, kontrolisanu ugradnju i negu, rešenu drenažu, redovne preglede i održavanje. Sam premaz ili aditiv ne mogu nadoknaditi nepravilan sastav, lošu ugradnju, pukotine, nedovoljan zaštitni sloj ili neriješeno zadržavanje vode.