Arhivski stručni sadržaj: članak čuva povijesne tvrdnje, tablice i dijagrame o cementnom mortu i betonu, ali nije projekt mješavine, specifikacija materijala, plan betoniranja, proračun konstrukcije, vodič za ispitivanje ili procjena postojećeg elementa. Sastav, svojstva, razred izloženosti, konzistenciju, način ugradnje, njegu, kontrolu kvalitete i projektne vrijednosti moraju odrediti odgovorni stručnjaci prema konkretnom objektu, deklariranim materijalima i važećim standardima.
Savo Kusić danas se fokusira na drvene prozore, drvo-aluminijske prozore, prozore po narudžbi, vrata i zahtjeve za ponudu. Ovaj članak ostaje kao povijesni arhiv i ne predstavlja ponudu za projektiranje, proizvodnju, ispitivanje ili izvedbu betonskih konstrukcija.
Opći podaci
Sastav cementne žbuke ili sastav betona stupa, armiranobetonske međukatne konstrukcije, obrađenog betonskog elementa, nogostupne ploče, luka mosta ili betonskog kolnika, u pravilu će se smatrati zadovoljavajućim ako je predmetni građevinski element izrađen sa što manje materijala i rada, tako da je dovoljno trajan i primjeren namjeni. Ono što treba smatrati trajnim i prikladnim za namjenu mora se definirati od slučaja do slučaja: stoga je prije početka gradnje zgrade potrebno utvrditi koja svojstva mort i beton moraju imati u smislu tlačne čvrstoće, čvrstoće na savijanje, otpornosti na atmosferilije, vodonepropusnosti itd. Za to postoji mnogo različitih uputa u građevinskim propisima, kao i mnoga brojčana ograničenja.
Zadaća izvođača građevinskih radova je osigurati da vrijednosti pojedinih nekretnina zadovoljavaju tražene vrijednosti. Na svojstva betona može se znatno utjecati ako se koriste danas dostupna znanja.
Uvjeti za izradu betona s homogenim svojstvima
Ako tlačna čvrstoća građevinskog elementa nakon 28 dana treba biti 40 MPa, ili ako se za beton kolničke konstrukcije zahtijeva da čvrstoća na savijanje nakon 28 dana mora biti 4,5 MPa, tada se ove granične vrijednosti ne smiju prekoračiti ni na jednom mjestu; donja granična vrijednost može biti blizu uvjetne vrijednosti. Ako se pri izvođenju objekta poštuju uža ograničenja, izvođač bolje obavlja svoj zadatak. Vrlo je štetno ako uvjetovane vrijednosti padaju daleko ispod određenih - makar i samo nekoliko - mjesta.
Povijesne vrijednosti i recepti: Slike, proporcije, oznake, postupci njege i ograničenja u nastavku preneseni su iz izvornog članka radi očuvanja sadržaja. Ne smiju se koristiti kao suvremena receptura, kriterij prihvatljivosti ili zamjena za dizajn mješavine, laboratorijska ispitivanja, deklaracije materijala, tehnološki plan i važeće propise.
Tlačna čvrstoća cementnog morta i betona
Veličina tlačne čvrstoće uvelike ovisi o svojstvima cementa, količini cementa, količini i sastavu pijeska i agregata, količini vode u betonu tijekom ugradnje, načinu ugradnje itd.
Stol 1. Utjecaj količine agregata na istu količinu morta.
1. Cement
Tlačne čvrstoće cementnog morta i betona utvrđene su prethodnim promatranjima i definirane propisima.
2. Količina cementa
Prema sl. 1a, tlačna čvrstoća raste s povećanjem količine cementa ako udio morta u betonu ostaje isti, dok se količina cementa u mortu povećava, a konzistencija betona ostaje konstantno nepromijenjena. Ako količina morta ostane nepromijenjena i samo se količina agregata povećava ili smanjuje, čvrstoća će se samo neznatno promijeniti sve dok je količina morta dovoljna da sadrži sva zrna agregata. Tlačna čvrstoća betona neće se neograničeno povećavati s povećanjem količine cementa – samo do određene granice. Nakon te granice povećanje čvrstoće će biti neznatno u odnosu na cijenu, koja će se značajno povećati s povećanjem količine cementa. Optimalna količina cementa za beton 1 m3 je 300-350 kg.
Stol 2. Utjecaj količine pijeska u betonu.
3. Količina morta u betonu
Tlačna čvrstoća betona određena je čvrstoćom morta, što potvrđuju tablice 1 i 2. Ovo vrijedi samo ako je čvrstoća agregata veća od čvrstoće morta i ako je količina morta dovoljna da potpuno prekrije krupna zrna agregata.
4. Granulometrijski sastav agregata
Iskorišćenje veziva postići će se u punoj mjeri ako granulometrijski sastav agregata u betonu odgovara omjerima prikazanim grafički na slici 2. Na slici 2, potpuno produžena krivulja odnosi se na riječni i drobljeni šljunak. Ova krivulja pokazuje da 25% od ukupnog agregata mora proći kroz sito s otvorom #0,2mm; 65% mora proći kroz sito promjera #3mm. Gornja granica za agregat određena je sitom promjera #7mm.
Današnji standardi za određivanje granulometrijskog sastava agregata su drugačiji. Postoje četiri frakcije agregata: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm i 16/31,5mm. Kategorije agregata određuju se ovisno o količini preteških i premalih zrna.
Sl. 1.
Sl. 2.
5. Utjecaj 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 dobiva se kada se tijekom zbijanja ili vibriranja betona pojave znakovi jasno uočljivog “znojenja”, odnosno kada se tijekom zbijanja stvara tanak sloj cementnog mlijeka. Daljnjim povećanjem količine vode tlačna čvrstoća opada. U ovom slučaju na prvom je mjestu vodocementni faktor - omjer 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 te se vrijednosti izvode eksperimentalno, ali tome se svakako teži. Ako je količina vode nedovoljna, cement se neće moći potpuno hidratizirati i beton neće postići projektiranu čvrstoću. Dodavanje vode kada nije potrebno također “guši” beton tako da ne postiže projektiranu čvrstoću. Nakon ugradnje betona potrebno ga je redovito njegovati sljedećih sedam dana. Njegovanje uključuje prskanje/zalijevanje betonske površine kako bi se nadoknadila isparena voda i kako bi se cement mogao hidratizirati prema planu.
6. Učinak 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 provede bez daljnjeg, potreban učinak može se postići prije svega dodavanjem antifriza, ubrzivača i sl. Antifriz sprječava smrzavanje vode u pripremljenom betonu, a ubrzivači ubrzavaju proces hidratacije koji je zimi izrazito 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 zasićenosti vodom često izložen opetovanom smrzavanju i odmrzavanju (npr. kod hidrotehničkih objekata), tada se može očekivati destrukcija 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 prekriti svježu betonsku masu bilo kojim materijalom koji će spriječiti zagrijavanje betonske površine. Pod utjecajem visokih temperatura (preko 50 °C) razvoj tlačne čvrstoće betona je nepredvidiv ako njega nije odgovarajuća.
Sigurnost i izvedba: cementna prašina i svježi beton mogu oštetiti oči, kožu i dišne puteve, a miješalice, pumpe, vibratori, oplate, podupirači i teški elementi nose dodatne mehaničke rizike. Aditivi se ne dodaju proizvoljno, niti se koriste povijesni podaci o hladnom i toplom vremenu bez odobrene recepture, tehničkih listova, plana betoniranja, zaštitne opreme i nadzora.
Vlačna čvrstoća betona
Vlačna čvrstoća betona uvelike ovisi o veličini poprečnog presjeka ispitnih uzoraka. Povećanjem presjeka epruveta dobivena je manja 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, dobivene su vlačne čvrstoće od oko 1,2-2 MPa. Specijalne mješavine za cijevi itd. davale su do oko 4 MI čak i više, ako je debljina ispitnih tijela odgovarala debljini koja se koristi u praksi. Za prskani beton (mlazni beton pripremljen na gradilišni način) dobiva se do 3,6 MPa. Istezanje betona do sloma mjereno u milimetrima na 1m je u prosjeku 0,07-0,13 mm/m.
Vlačna čvrstoća betona je zanemariva u usporedbi s njegovom tlačnom čvrstoćom. U gotovo svim slučajevima koristi se armirani beton, koji ima armaturu koja nosi vlačne sile u elementu. Smatra se da beton ne podnosi ništa na napetost, 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 pravokutnog presjeka veća je od vlačne čvrstoće tijela istih dimenzija. To je prvenstveno zbog činjenice da koeficijent istezanja betona raste brže od opterećenja, pa se ne ostvaruje raspodjela naprezanja koja se pretpostavlja uobičajenom metodom proračuna. Kod grede podvrgnute savijanju najveće vlačno naprezanje javlja se samo u graničnoj ravnini zategnutog remena, a kada je opterećenje u sredini grede čak i samo na vanjskom rubu jednog presjeka.
Utvrđena je veličina čvrstoće na savijanje tijela starih 28 dana, izrađenih od mekog ili tekućeg betona, 2-6 MPa; grede od zbijenog betona, uzorci prskanog betona kao i uzorci mlaznog betona, stari nekoliko mjeseci i skladišteni prvo u mokrom, a zatim u suhom stanju, dali su rezultate savojne čvrstoće od 3,2 MPa. Za ploče od istog materijala koje su držane pod vodom 8 dana određena je vrijednost čvrstoće na savijanje od 6,3 MPa.
Skupljanje, bubrenje i puzanje betona
Skupljanje i oticanje. Pukotine skupljanja. Naprezanja skupljanja. Ako se betonska tijela koja su održavana u mokrom stanju izlože sušenju, sušenje će započeti na površini i napredovati prema unutrašnjosti. Izvana beton može biti gotovo suh na zraku dok je njegova jezgra još uvijek vlažna. Suhi sloj ima tendenciju skupljanja, vlažna jezgra neće ili će se skupiti samo u maloj mjeri. Zbog toga se u takvom betonskom tijelu na vanjskim površinama pojavljuju vlačna naprezanja, a u jezgri tlačna naprezanja.
Ako vlačna naprezanja premašuju vlačnu čvrstoću betona, pojavljuju se pukotine skupljanja koje prodiru dublje ili pliće prema jezgri, a pojavljuju se na mjestima slabije čvrstoće. Kako sušenje napreduje, jezgra se postupno skuplja, vlačna naprezanja na vanjskim površinama se smanjuju.
Sl. 3.
Sl. 4.
Količina skupljanja betona ovisi o vrsti cementa, količini cementa, količini vode tijekom pripreme, o granulometrijskom sastavu i elastičnosti kamenog agregata, kao i o starosti, a posebno o načinu održavanja i klimi, au značajnoj mjeri i o dimenzijama betonskog elementa.
Uzdužne promjene betona u stupovima i gredama izloženim dugotrajnom opterećenju. Puzanje betona. Stupovi koji su tri godine stajali pod dopuštenim opterećenjem u suhom podrumskom prostoru, a bili su od betona običnog sastava, stalno su skraćivani prema sl. 3, i znatno više od jednakih, ali neopterećenih stupaca. Ove deformacije, koje se odvijaju polako, svladavajući stupanj skupljanja neopterećenog betona, nazivaju se “puzanje”. Stupanj puzanja ovisi o sastavu betona, veličini i trajanju opterećenja, kao i o vlažnosti betona. Mokri beton puzi u puno manjoj mjeri nego suhi beton, sl. 4. Beton koji je dugo sušen bez izlaganja opterećenju pod opterećenjem samo malo puzi. Tijekom vlačnog opterećenja dolazi do puzanja u sličnoj mjeri kao i kod tlačnog opterećenja, sl. 5.
Puzanje betona, odnosno konstantno popuštanje betona pod opterećenjem rezultira povećanjem udjela armature u primanju opterećenja u armiranom betonu, što u slučaju jako armiranih stupova može dovesti do značajnog rasterećenja samog betona.
Sl. 5.
Pukotine i deformacije: prikazani trendovi skupljanja i puzanja nisu dovoljna osnova za procjenu pukotina, progiba, nosivosti ili trajnosti određenog objekta. Za postojeću konstrukciju potreban je pregled, dokumentacija, mjerenja i proračuni; za novogradnju mjerodavan je projekt, svojstva materijala, uvjeti okoline, redoslijed gradnje i važeći propisi.
Otpor na klizanje između armature i betona
Armaturne šipke u armiranobetonskim konstrukcijama trebaju u potpunosti primiti vlačne sile kada je otpor betona prekoračen tijekom zatezanja zbog skupljanja betona i utjecaja vanjskih sila. U tu svrhu potrebno je da armatura može svoja opterećenja prenositi na beton preko dodirnih površina s betonom, kako pri dopuštenim opterećenjima ne bi puklo sidrenje armature. Sidrenje je osigurano kukama na krajevima šipki. Vrste armaturnih šipki koje postoje, a podjela se vrši na osnovu poprečnih rebara su: B500A (glatka šipka), B500B (šipak sa rebrom u jednom smjeru) i B500C (šipka s rebrima u dva smjera).
Armatura i zaštitni sloj: povijesne oznake, opis rebara i način sidrenja nisu osnova za odabir ili detaljiziranje današnje armature. Vrsta čelika, promjer, spoj, sidrenje, sloj, razmak, zaštitni sloj i ugradnja određuju se projektom i potvrđuju sljedljivom dokumentacijom i kontrolom na gradilištu.
Otpornost cementnog morta i betona na habanje
Mortovi prema sl. 18 također su posebno dobri u tom smislu; što se tiče granulometrijskog sastava, općenito treba slijediti gore navedene upute u vezi s tlačnom čvrstoćom. Osim toga, preporučuje se kamen koji pokazuje visoku otpornost na habanje i udarce. Dodaci koji su otporniji od dobrog tvrdog kamena povećavaju otpornost betona na trošenje ako imaju odgovarajuću veličinu i oblik zrna. Mokri beton se troši brže od suhog betona; vlaga pomaže brušenju.
Otpornost betona na vremenske uvjete
Kada je potrebno postaviti uvjete za proizvodnju betona otpornog na atmosferilije, prije svega treba poći od iskustava stečenih na ranije izgrađenim objektima. Pri tome prije svega treba obratiti pozornost na sljedeće:
- Kako odabrati kamen? - Često postoje poteškoće pri odabiru kamena iz razloga ekonomičnosti, bilo da je potrebno koristiti kamen koji bi, poput drobljenog pijeska ili lomljenog kamena, ispao ravan i samim time uzrokovao lošu ugradnju betona ili je riječ o kamenu koji je nedovoljno otporan na vremenske utjecaje. U tom pogledu moraju se postaviti strogi zahtjevi da se za vanjski beton koristi samo kamen koji je otporan na vremenske uvjete
- Koja je količina cementa potrebna za beton? - Na vanjskim površinama beton mora biti dovoljno vodonepropusan. U tu svrhu može se koristiti ono što je utvrđeno o utjecaju granulometrijskog sastava betona na vodopropusnost i na temelju toga odrediti potrebnu količinu cementa. Neke optimalne količine cementa kreću se između 300-350 kg po m3 betona, ali to može dosta varirati od slučaja do slučaja (ovisi o mnogim čimbenicima).
- Kojoj granulaciji i kojem svojstvu zrnastog sastava betona treba težiti? - Zavisi od slučaja do slučaja - riječni agregat je povoljniji, neujednačenog sastava; drobljeni agregat može biti bolje kvalitete u nekim aspektima, ali ima oštra zrna koja bi mogla biti štetna u nekim betonskim mješavinama.
- Koja je čvrstoća betona potrebna? - Na ovo je pitanje puno teže odgovoriti od onih o kojima je već bilo riječi. 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 cikličko smrzavanje i odmrzavanje. Zaključeno je da bi beton, prije opetovanog izlaganja smrzavanju i odmrzavanju, trebao pokazati tlačnu čvrstoću od najmanje 15 MPa. Ako se beton obrađuje izvana, potrebne su veće čvrstoće; u tom slučaju preporučuje se osigurati najmanje 25 MPa.
- Koja je konzistencija betona prikladna? - Što se tiče konzistencije betona, trenutno postoji shvaćanje da treba biti oprezan s lijevanim betonom, jer svojom velikom količinom vode pomaže izlučivanju, a posljedice se očituju tako da se na svakom izlivenom sloju pojavi više ili manje izražen sloj sitnozrnog i vodom bogatog morta. Taj mort ima manju čvrstoću, veću moć upijanja vode itd.
- U kojoj mjeri treba uzeti u obzir oblik predmeta? - Ako je npr. vanjska površina gradirana, tada se na značajnom dijelu betona zadržava više snijega i leda nego kada je zid obrađen glatkim površinama. Namakanje može trajati dugo, pa je stoga smrzavanje i odmrzavanje u mokrom stanju češće. Cilj je zadržati snijeg, led i krhotine na zgradi što je moguće kraće.
U slučaju da se beton obrađuje izvana, treba imati na umu da time vodopropusnost u pravilu postaje veća i da se veliki komadi agregata koji leže na površini razbijaju kamenorezačem. Ako tretirani beton sadrži armaturu, potreban je poseban oprez kako bi se u dovoljnoj mjeri očuvao zaštitni učinak betona (zaštitnog sloja) za armaturu. Prodor vode u beton može se u određenoj mjeri spriječiti premazi/aditivima.
Trajnost nije određena samo jednom vrijednošću: izloženost vodi, mrazu, soli, abraziji i kemijskom djelovanju zahtijeva koordiniran odabir materijala, dizajniran zaštitni sloj, kontroliranu ugradnju i njegu, riješenu odvodnju, redovite preglede i održavanje. Premaz ili aditiv sam po sebi ne može nadoknaditi nepravilan sastav, lošu ugradnju, pukotine, nedovoljan zaštitni sloj ili neriješeno zadržavanje vode.