Arhivska strokovna vsebina: članek ohranja zgodovinske trditve, tabele in diagrame o cementni malti in betonu, vendar ni zasnova mešanice, specifikacija materiala, načrt betoniranja, konstrukcijski izračun, vodnik za testiranje ali ocena obstoječega elementa. Sestavo, lastnosti, razred izpostavljenosti, konsistenco, način vgradnje, nego, nadzor kakovosti in konstrukcijske vrednosti morajo določiti odgovorni strokovnjaki glede na konkretni objekt, deklarirane materiale in veljavne standarde.
Savo Kusić je danes osredotočen na lesena okna, les-alu okna, okna po meri, vrata in prošnje za ponudbe. Ta članek ostaja kot zgodovinski arhiv in ne predstavlja ponudbe za projektiranje, izdelavo, testiranje ali izvedbo betonskih konstrukcij.
Splošni podatki
Sestava cementne malte oziroma sestava betona stebra, armiranobetonske medetažne konstrukcije, obdelanega betonskega elementa, pločnične plošče, mostnega loka ali betonskega vozišča se bo praviloma štela za zadovoljivo, če je predmetni konstrukcijski element izdelan z najmanj materiala in dela tako, da je dovolj vzdržljiv in primeren za namen. Kaj velja za trajno in primerno za namen, je treba opredeliti za vsak primer posebej: zato je treba pred začetkom gradnje objekta ugotoviti, kakšne lastnosti morata imeti malta in beton glede na tlačno trdnost, upogibno trdnost, odpornost proti vremenskim vplivom, vodotesnost itd. Za to je v gradbenih predpisih veliko različnih navodil, pa tudi številne številčne omejitve.
Naloga izvajalca gradbenih del je zagotoviti, da vrednosti posameznih nepremičnin ustrezajo zahtevanim vrednostim. Na lastnosti betona je mogoče močno vplivati, če uporabimo danes dostopno znanje.
Pogoji za izdelavo betona s homogenimi lastnostmi
Če mora biti tlačna trdnost gradbenega elementa po 28 dneh 40 MPa ali če se za beton voziščne konstrukcije zahteva, da mora biti upogibna trdnost po 28 dneh 4,5 MPa, te mejne vrednosti ne smejo biti nikjer presežene; spodnja mejna vrednost je lahko blizu pogojne vrednosti. Če se pri izvedbi objekta upoštevajo ožje meje, izvajalec bolje opravi svojo nalogo. Zelo škodljivo je, če pogojne vrednosti daleč zaostajajo za določena - pa čeprav le za nekaj - mest.
Zgodovinske vrednosti in recepti: Spodnje številke, razmerja, oznake, postopki nege in omejitve so bili preneseni iz izvirnega članka, da se ohrani vsebina. Ne smejo se uporabljati kot sodobna receptura, merila sprejemljivosti ali nadomestilo za zasnovo mešanice, laboratorijske teste, deklaracije materialov, tehnološki načrt in veljavne predpise.
Tlačna trdnost cementne malte in betona
Velikost tlačne trdnosti je v veliki meri odvisna od lastnosti cementa, količine cementa, količine in sestave peska in agregata, količine vode v betonu med vgradnjo, načina vgradnje itd.
Miza 1. Vpliv količine agregata pri enaki količini malte.
1. cement
Tlačne trdnosti cementne malte in betona so bile določene s predhodnimi opazovanji in opredeljene s predpisi.
2. količina cementa
Glede na sl. 1a, tlačna trdnost narašča s povečanjem količine cementa, če delež malte v betonu ostane enak, medtem ko se količina cementa v malti poveča in konsistenca betona ostane konstantno nespremenjena. Če ostane količina malte nespremenjena in se poveča ali zmanjša samo količina agregata, se bo trdnost le malo spremenila, dokler je količina malte zadostna, da vsebuje vsa zrna agregata. Tlačna trdnost betona se s povečevanjem količine cementa ne bo večala v nedogled – le do določene meje. Po tej meji bo povečanje trdnosti nepomembno glede na ceno, ki se bo s povečanjem količine cementa močno povečala. Optimalna količina cementa za beton 1 m3 je 300-350 kg.
Miza 2. Vpliv količine peska v betonu.
3. Količina malte v betonu
Tlačna trdnost betona je določena s trdnostjo malte, kar potrjujeta tabeli 1 in 2. To velja le, če je trdnost agregata večja od trdnosti malte in če je količina malte zadostna za popolno prekrivanje grobih zrn agregata.
4. Granulometrična sestava agregata
Izkoristek veziva bo dosežen v polni meri, če granulometrična sestava agregatov v betonu ustreza razmerjem, prikazanim grafično na sliki 2. Na sliki 2 se popolnoma razširjena krivulja nanaša na rečni in drobljeni prod. Ta krivulja kaže, da mora 25% celotnega agregata preiti skozi sito z odprtino #0,2mm; 65% mora preiti skozi sito s premerom #3mm. Zgornja meja za agregat je določena s sitom s premerom #7mm.
Današnji standardi za določanje granulometrične sestave agregatov so drugačni. Obstajajo štiri agregatne frakcije: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm in 16/31,5mm. Skupne kategorije se določijo glede na količino pretežkih in premajhnih zrn.
Sl. 1.
Sl. 2.
5. Vpliv količine vode na svež beton
Tlačna trdnost betona je v veliki meri odvisna od količine dodane vode. Najmanjšo količino vode, pri kateri beton doseže najvišjo trdnost, dobimo takrat, ko se med zbijanjem ali vibriranjem betona pojavijo znaki jasno opaznega “znojenja”, to je, ko se pri zbijanju tvori tanka plast cementnega mleka. Z nadaljnjim povečevanjem količine vode se tlačna trdnost zmanjšuje. V tem primeru je na prvem mestu vodocementni faktor - razmerje med maso vode in maso cementa na 1 m3 betona. Optimalni vodocementni faktor za doseganje popolne hidracije je 0,38 - 0,42. V praksi je to težko doseči in te vrednosti so izpeljane eksperimentalno, vendar se vsekakor cilja. Če je količina vode nezadostna, se cement ne bo mogel popolnoma hidrirati in beton ne bo dosegel predvidene trdnosti. Dodatek vode, ko ni potreben, prav tako “zaduši” beton, tako da ne doseže projektne trdnosti. Po vgradnji betona ga je treba naslednjih sedem dni redno negovati. Nega vključuje škropljenje/zalivanje betonske površine, da se kompenzira izhlapela voda in da se lahko cement hidrira, kot je bilo načrtovano.
6. Vpliv temperature
Pri gradnji objektov v hladni sezoni je treba beton skladiščiti tako, da ni izpostavljen vplivu zmrzali, preden utrjevanje napreduje do te mere, da je tlačna trdnost najmanj 10 MPa. Če ta postopek izvedemo brez odlašanja, lahko želeni učinek dosežemo najprej z dodajanjem sredstva proti zmrzovanju, pospeševalca itd. Sredstvo proti zmrzovanju prepreči zmrzovanje vode v pripravljenem betonu, pospeševalci pa pospešijo proces hidratacije, ki je pozimi izjemno počasen. Uporabimo lahko tudi aluminatni cement, ki je še posebej primeren za dela v zmrzali, če gre za manjše objekte. Če je beton v vodonasičenem stanju pogosto izpostavljen ponavljajočemu zmrzovanju in odmrzovanju (npr. pri hidrotehničnih objektih), lahko pričakujemo uničenje, če ima beton na začetku zmrzovanja tlačno trdnost manjšo od 15 MPa. V primeru visokih temperatur zraka in materiala mora biti beton stalno vlažen in hladen. Obvezno je tudi, da svežo betonsko maso prekrijemo s poljubnim materialom, ki bo preprečil segrevanje betonske površine. Pod vplivom visokih temperatur (nad 50 °C) je razvoj tlačne trdnosti betona ob neustrezni negi nepredvidljiv.
Varnost in učinkovitost: cementni prah in svež beton lahko poškodujeta oči, kožo in dihala, mešalniki, črpalke, vibratorji, opaži, podporniki in težki elementi pa predstavljajo dodatna mehanska tveganja. Dodatki se ne dodajajo poljubno, prav tako se ne uporabljajo zgodovinski podatki o hladnem in toplem vremenu brez odobrene recepture, tehničnih listov, načrta betoniranja, zaščitne opreme in nadzora.
Natezna trdnost betona
Natezna trdnost betona je v veliki meri odvisna od velikosti prečnega prereza preskusnih vzorcev. S povečanjem preseka preizkušancev smo dosegli nižjo natezno trdnost. Pri testiranju prizem preseka 400 cm2, ki so bile izdelane iz običajne mešanice za armirani beton in po približno treh mesecih staranja na vlažnem zraku, so bile dosežene natezne trdnosti približno 1,2-2 MPa. Posebne mešanice za cevi ipd. so dale do okoli 4 MPa in celo več, če je debelina testnih teles ustrezala debelini, ki se uporablja v praksi. Za brizgani beton (brizgani beton, pripravljen na gradbišču) smo dobili do 3,6 MPa. Ugotovljeno je bilo, da je raztezek betona do porušitve, izmerjen v milimetrih pri 1m, v povprečju 0,07-0,13 mm/m.
Natezna trdnost betona je zanemarljiva v primerjavi z njegovo tlačno trdnostjo. V skoraj vseh primerih se uporablja armirani beton, ki ima armaturo, ki je zasnovana tako, da prenaša natezne sile v elementu. Velja, da beton ne prenaša ničesar na napetosti, tako da so projektanti na strani varnosti. Natezna trdnost betona je desetkrat manjša od tlačne trdnosti betona.
Natezna trdnost betona pri upogibanju
Upogibna trdnost betonskih nosilcev s pravokotnimi prerezi je večja od natezne trdnosti teles enakih dimenzij. To je predvsem posledica dejstva, da raztezni koeficient betona raste hitreje od obremenitve, tako da se porazdelitev napetosti, ki jo predvideva običajna metoda izračuna, ne uresniči. Pri nosilcu, ki je izpostavljen upogibu, se največja natezna napetost pojavi le v mejni ravnini napetega pasu, pri obremenitvi na sredini nosilca pa celo le na zunanjem robu enega odseka.
Ugotovljeno je bilo, da je velikost upogibne trdnosti 28 dni starih teles, izdelanih iz mehkega ali tekočega betona, 2-6 MPa; nosilci iz stisnjenega betona, vzorci brizganega betona kot tudi vzorci brizganega betona, stari več mesecev in shranjeni najprej v mokrem in nato v suhem stanju, so dali rezultate upogibne trdnosti 3,2 MPa. Za plošče iz istega materiala, ki so bile pod vodo 8 dni, je bila določena vrednost upogibne trdnosti 6,3 MPa.
Krčenje, nabrekanje in lezenje betona
Krčenje in otekanje. Razpoke zaradi krčenja. Napetosti pri krčenju. Če so betonska telesa, ki so bila vzdrževana v mokrem stanju, izpostavljena sušenju, se bo sušenje začelo na površini in napredovalo proti notranjosti. Na zunaj je beton lahko skoraj suh na zraku, medtem ko je njegova sredica še vlažna. Suha plast se nagiba k krčenju, vlažna sredica pa ne ali pa se bo skrčila le v majhni meri. Posledično se v takem betonskem telesu na zunanjih površinah pojavijo natezne napetosti, v jedru pa tlačne napetosti.
Če natezne napetosti presegajo natezno trdnost betona, se zaradi krčenja pojavijo razpoke, ki prodirajo globlje ali plitveje proti jedru in se pojavijo na mestih nižje trdnosti. Z napredovanjem sušenja se jedro postopoma krči, natezne napetosti na zunanjih površinah se zmanjšujejo.
Sl. 3.
Sl. 4.
Količina krčenja betona je odvisna od vrste cementa, količine cementa, količine vode pri pripravi, od granulometrične sestave in elastičnosti kamnitega agregata, pa tudi od starosti, predvsem pa od načina vzdrževanja in klime, v veliki meri pa tudi od dimenzij betonskega elementa.
Vzdolžne spremembe betona v stebrih in nosilcih, izpostavljenih dolgotrajni obremenitvi. Lezenje betona. Stebre, ki so tri leta stali pod dovoljeno obremenitvijo v suhem kletnem prostoru in so bili izdelani iz betona navadne sestave, smo stalno krajšali po sl. 3 in bistveno več kot enaki, a neobremenjeni stolpci. Te deformacije, ki potekajo počasi in premagujejo stopnjo krčenja neobremenjenega betona, imenujemo “lezenje”. Stopnja lezenja je odvisna od sestave betona, velikosti in trajanja obremenitve ter od vlažnosti betona. Moker beton lezi v precej manjši meri kot suh beton, sl. 4. Beton, ki je bil dolgo sušen brez izpostavljenosti obremenitvi, le malo polzi pod obremenitvijo. Med natezno obremenitvijo pride do lezenja v podobnem obsegu kot pri kompresijski obremenitvi, sl. 5.
Lezenje betona, tj. konstantno popuščanje betona pod obremenitvijo ima za posledico povečanje deleža armature pri sprejemu obremenitve v armiranem betonu, kar lahko v primeru močno armiranih stebrov povzroči znatno razbremenitev samega betona.
Sl. 5.
Razpoke in deformacije: prikazani trendi krčenja in lezenja niso zadostna podlaga za ocenjevanje razpok, upogibov, nosilnosti ali trajnosti določenega predmeta. Za obstoječo konstrukcijo je potreben pregled, dokumentacija, izmere in izračuni; za novogradnjo so pomembni projekt, lastnosti materiala, okoljske razmere, zaporedje gradnje in veljavni predpisi.
Odpor proti zdrsu med armaturo in betonom
Armaturne palice v armiranobetonskih konstrukcijah morajo v celoti prevzeti natezne sile, ko je med napenjanjem presežena odpornost betona zaradi krčenja betona in vpliva zunanjih sil. V ta namen je potrebno, da armatura prenese svoje obremenitve na beton preko kontaktnih površin z betonom in to tako, da pri dovoljenih obremenitvah ne pride do zloma sidrišča armature. Sidranje je pritrjeno s kavlji na koncu palic. Tipi armaturnih palic, ki obstajajo, delitev pa je narejena na podlagi prečnih reber, so: B500A (gladka palica), B500B (palica z rebri v eni smeri) in B500C (palica z rebri v dveh smereh). smeri) smer).
Armiranje in zaščitni sloj: zgodovinske oznake, opis reber in način sidranja niso osnova za izbiro ali detajliranje današnje armature. Vrsta jekla, premer, spoj, sidranje, prekrivanje, razmak, zaščitni sloj in vgradnja so določeni s projektom in potrjeni s sledljivo dokumentacijo in pregledom na gradbišču.
Odpornost cementne malte in betona proti obrabi
Malte po sl. 18 so tudi v tem pogledu še posebej dobri; kar zadeva granulometrično sestavo, je treba na splošno upoštevati zgoraj navedena navodila glede tlačne trdnosti. Poleg tega se priporoča kamen, ki kaže visoko odpornost proti obrabi in udarcem. Dodatki, ki so obstojnejši od dobrega trdega kamna, povečajo odpornost betona proti obrabi, če imajo primerno zrnatost in obliko. Mokri beton se obrabi hitreje kot suh beton; vlaga pomaga pri brušenju.
Odpornost betona na vremenske vplive
Kadar je treba postaviti pogoje za proizvodnjo vremensko odpornega betona, je treba najprej izhajati iz izkušenj, pridobljenih na že zgrajenih objektih. Najprej je treba pozornost nameniti naslednjemu:
- Kako izbrati kamen? - Pri izbiri kamna zaradi ekonomičnosti se pogosto pojavljajo težave, ali je treba uporabiti kamen, ki bi tako kot drobljen pesek ali lomljenec izpadel ploščat in s tem povzročil slabo vgradnjo betona, ali pa gre za kamen, ki je premalo odporen na vremenske vplive. V zvezi s tem je treba postaviti stroge zahteve, da se za zunanji beton uporablja le kamen z dobro vremensko odpornostjo
- Kakšna količina cementa je potrebna za beton? - Na zunanjih površinah mora biti beton dovolj vodoneprepusten. V ta namen lahko uporabimo ugotovljeno o vplivu granulometrične sestave betona na vodoprepustnost in na podlagi tega določimo potrebno količino cementa. Nekatere optimalne količine cementa se gibljejo med 300-350 kg na m3 betona, vendar se to lahko zelo razlikuje od primera do primera (odvisno od številnih dejavnikov).
- K kakšni granulaciji in katerim lastnostim zrnate sestave betona moramo prizadevati? - odvisno od primera do primera - rečni agregat je ugodnejši, neenakomerna sestava; zdrobljen agregat je lahko v nekaterih pogledih boljše kakovosti, vendar ima ostra zrna, ki bi lahko bila škodljiva v nekaterih betonskih mešanicah.
- Kakšna trdnost betona je potrebna? - Na to vprašanje je veliko težje odgovoriti kot na tista, o katerih smo že razpravljali. Zato se vsi prejšnji predlogi nanašajo na omejene možnosti. Da bi rešili ta problem, je bilo izvedenih več testov, ki so pokazali, kakšno trdnost mora imeti beton, da bo dolgo časa odporen na ciklično zmrzovanje in odmrzovanje. Ugotovljeno je bilo, da mora beton, preden je večkrat izpostavljen zmrzovanju in odmrzovanju, pokazati tlačno trdnost najmanj 15 MPa. Če je beton obdelan od zunaj, so potrebne višje trdnosti; v takem primeru je priporočljivo zagotoviti vsaj 25 MPa.
- Kakšna konsistenca betona je primerna? - Kar zadeva konsistenco betona, trenutno obstaja razumevanje, da je treba biti pri litem betonu previden, saj s svojo veliko količino vode pomaga pri izločanju, posledice pa se kažejo tako, da se na vsaki vliti plasti pojavi bolj ali manj izrazit sloj drobnozrnate in z vodo bogate malte. Ta malta ima manjšo trdnost, večjo moč vpijanja vode itd.
- V kolikšni meri je treba upoštevati obliko predmeta? - Če je na primer zunanja površina gradirana, se na precejšnjem delu betona zadrži več snega in ledu, kot če je stena obdelana z gladkimi površinami. Namakanje lahko traja dolgo časa, zato sta zamrzovanje in odmrzovanje v mokrem stanju pogostejša. Cilj je, da sneg, led in ruševine na stavbi ostanejo čim krajši.
V primeru, da se beton obdeluje od zunaj, je treba upoštevati, da je s tem praviloma večja vodoprepustnost in da se veliki kosi agregata, ki ležijo na površini, razbijejo s kamnosečkom. Če obdelani beton vsebuje armaturo, je potrebna posebna previdnost, da se zadostno ohrani zaščitni učinek betona (zaščitni sloj) za armaturo. Vdor vode v beton lahko do določene mere preprečimo s premazi/aditivi.
Trajnost ni določena z eno samo vrednostjo: izpostavljenost vodi, zmrzali, soli, obrabi in kemičnemu delovanju zahteva usklajen izbor materialov, zasnovan zaščitni sloj, nadzorovano vgradnjo in nego, urejeno odvodnjavanje, redne preglede in vzdrževanje. Sam premaz ali dodatek ne more nadomestiti nepravilne sestave, slabe vgradnje, razpok, nezadostnega zaščitnega sloja ali nerešenega zadrževanja vode.