OPŠTI PODACI
Sastav cementnog maltera ili sastav betona nekakvog stuba, armiranobetonske međuspratne konstrukcije, obrađenog betonskog elementa, trotoarske ploče, mostovskog svoda ili betonskog puta, smatraće se po pravilu da je zadovoljavajući, ako je dotičan građevinski element uz najmanji utrošak materijala i rada izrađen tako da bude dovoljno trajan i da odgovara svrsi. Šta treba smatrati trajnim i da odgovara svrsi, mora se definisati od slučaja do slučaja: stoga pre nego što se otpočne sa izvođenjem nekog objekta, potrebno je utvrditi koja svojstva malter i beton moraju imati u pogledu pritisne čvrstoće, savojne čvrstoće, otpornosti prema vremenskim uticajima, vodonepropusnosti, itd. U građevinskim propisima za ovo su data mnoga mnoga razna uputstva, a isto tako i mnoga brojčana ograničenja.
Zadatak građevinskog izvođača radova je da osigura da vrednosti pojedinih svojstava odgovore vrednostima koje se zahtevaju. Na svojstva betona može se u velikoj meri uticati ako se koriste saznanja kojima se danas raspolaže.
O USLOVIMA ZA IZRADU BETONA HOMOGENIH SVOJSTAVA
Ako pritisna čvrstoća nekog građevinskog elementa posle 28 dana treba da iznosi 40 MPa, ili ako se za beton neke kolovozne konstrukcije zahteva da savojna čvrstoća posle 28 dana mora iznositi 4,5 MPa, onda te granične vrednosti ni na jednom mestu ne smeju podbaciti; donja granična vrednost može biti blizu uslovljene vrednosti. Ukoliko se prilikom izvođenja objekta ostvaruju uže granice, utoliko izvođač bolje izvršava svoj zadatak. Veoma je štetno ako se uslovljene vrednosti na pojedinim – makar i malobrojnim – mestima daleko podbace.
PRITISNA ČVRSTOĆA CEMENTNOG MALTERA I BETONA
Veličina pritisne čvrstoće u velikoj meri zavisi od svojstava cementa, količine cementa, količine i sastava peska i agregata, od količine vode u betonu za vreme ugrađivanja, načina ugrađivanja, itd.
Tablica 1. Uticaj količine agregata pri istoj količini maltera
1. Cement. Pritisne čvrsoće cementnog maltera i betona utvrđene su dosadašnjim posmatranjima i definisane su propisima.
2. Količina cementa. Prema sl. 1a, čvrstoća na pritisak raste sa povećanjem količine cementa ukoliko udeo maltera u betonu ostaje isti, dok se količina cementa u malteru povećava a konzistencija betona održava stalno nepromenjena. Ako količina maltera ostaje nepromenjena a samo se količina agregata povećava ili smanjuje, čvrstoća će se menjati samo neznatno sve dok količina maltera bude dovoljna da obuhvata sva zrna agregata. Čvrstoća betona na pritisak neće rasti u nedogled sa povećanjem količine cementa – samo do određene granice. Nakon te granice će prirast čvrstoće biti beznačajan u odnosu na cenu koja će se znatno povećati sa povećanjem količine cementa. Optimalna količina cementa za 1 m3 betona jeste 300-350 kg.
Tablica 2. Uticaj količine peska u betonu
3. Količina maltera u betonu. Za pritisnu čvrstoću betona merodavna je čvrstoća maltera, kao što to potvrđuju tablice 1 i 2. Ovo važi samo u slučaju ako je čvrstoća agregata veća od čvrstoće maltera i ako je količina maltera dovoljna da svestrano obuhvati krupna zrna agregata.
4. Granulometrijski sastav agregata. Iskorišćenje veziva postići će se u punoj meri ako granulometrijski sastav agregata u betonu odgovara razmerama koje su grafički prikazane na slici 2. Na slici 2 puno izvučena kriva važi za rečne i drobljene šljunkove. Ova kriva pokazuje da od ukupnog agregata mora 25% proći kroz sito sa otvorom #0,2mm; kroz sito prečnika #3mm mora proći 65%. Gornja granica za agregat određena je sitom prečnika #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. U zavisnosti od količine nadmerenih i podmerenih zrna se određuju kategorije agregata.
Sl. 1.
Sl. 2.
5. Uticaj količine vode na svež beton. Čvrstoća betona na pritisak zavisi u velikoj meri od količine dodate vode. Najmanja količina vode pri kojoj beton postiže najveću čvrstoću dobija se kada se prilikom nabijanja ili vibriranja betona pojave znaci jasno primetnog „znojenja“, tj. kada se tokom sabijanja obrazuje tanak sloj cementnog mleka. Pri daljem povećanju količine vode pritisna čvrstoća opada. Pri tome je u prvom cedu vodocementni faktor – odnosa mase vode i mase cementa na 1 m3 betona. Optimalan vodocementni faktor za postizanje kompletne hidratacije jeste 0,38 – 0,42. U praksi je ovo teško postići i ove vrednosti su izvedene eksperimentalno, ali se svakako tome teži. Ako je količina vode nedovoljna, cement neće moći u celosti da hidratiše i beton neće dostići projektovanu čvrstoću. Dodavanje vode kada to nije potrebno takođe „guši“ beton tako da on ne dostigne projektovanu čvrstoću. Nakon što se beton ugradi je neophodno da se on redovno neguje u narednih sedam dana. Negovanje podrazumeva prskanje/zalivanje betonske površine kako bi se nadoknadila isparena voda i kako bi cement mogao hidratisati po planu.
6. Uticaj temperature. Pri izvođenju objekata u hladno godišnje doba trebalo bi beton čuvati, tako da se ne izlaže uticaju mraza pre no što očvršćavanje bude napredovalo do te mere da pritisna čvrstoća iznosi najmanje 10 MPa. Ako se taj postupak sa sigurnošću bez daljeg sprovesti, potrebno dejstvo može da se postigne u prvom redu dodatkom antifriza, akceleratora i sl. Antifriz sprečava zamrzavanje vode u spravljenom betonu, a akceleratori ubrzavaju proces hidratacije, koji je izuzetno spor u zimskom periodu. Može da se koristi i aluminatni cement, koji je naročito pogodan za radove na mrazu, ako su u pitanju objekti manjih dimenzija. Ako se beton u vodom zasićenom stanju često izlaže ponovnom mržnjenju i kravljenju (npr. u slučaju hidrotehničkih objekata), onda se može očekivati razaranje ako beton u početku mržnjenja ima pritisnu čvrstoću manju od 15 MPa. U slučaju visoke temperature vazduha i materijala, beton se stalno mora održavati u vlažnom i hladnom stanju. Takođe je obavezno da se sveža betonska masa natkrije bilo kakvim materijalom koji će sprečiti zagrevanje betonske površine. Pod uticajem visokih temperatura (preko 50oC) razvoj pritisne čvrstoće betona je nepredvidiv ako nega nije adekvatna.
ZATEZNA ČVRSTOĆA BETONA
Zatezna čvrstoća betona u velikoj meri zavisi od veličine preseka probnih tela. Povećanjem preseka probnih tela dobijena je manja zatezna čvrstoća. Pri ispitivanju prizmi preseka 400 cm2, koje su bile izrađene od uobičajene mešavine za armiran beton i pošto su odležale oko tri meseca na vlažnom vazduhu dobijene su zatezne čvrstoće od oko 1,2-2 MPa. Specijalne mešavine za cevi i sl. davale su do oko 4 MPa pa i više, ako je debljina probnih tela odgovarala debljini koja se u praksi primenjuje. Za prskan beton (torkret spravljan na gradilišni način) dobijano je do 3,6 MPa. Izduženje betona do loma mereno u milimetrima na 1m utvrđeno je da iznosi prosečno 0,07-0,13 mm/m.
Čvrstoća betona na zatezanje je zanemarljiva u odnosu na njegovu čvrstoću na pritisak. U gotovo svim slučajevima se koristi armirani beton, koji u sebi ima armaturu koja je projektovana da sama nosi sile zatezanja u elementu. Smatra se da beton ne nosi ništa na zatezanje, kako bi projektanti bili na strani sigurnosti. Čvrstoća betona na zatezanje je deset puta manja od čvrtoće betona na pritisak.
ZATEZNA ČVRSTOĆA BETONA PRI SAVIJANJU
Savojna čvrstoća betonskih greda pravougaonih preseka veća je od zatezne čvrstoće tela istih dimenzija. Ovo u prvom redu potiče iz razloga što koeficijent izduženja betona raste brže nego opterećenje, tako da se ne ostvaruje ona raspodela napona koja se uobičajenim načinom proračuna pretpostavlja. U gredi izloženoj savijanju, najveći zatezni napon se javlja samo u graničnoj ravni zategnutog pojasa, a pri opterećenju u sredini grede čak samo na spoljnoj ivici jednog preseka.
Veličina savojne čvrstoće tela starih 28 dana, izrađenih od mekog ili tečnog betona, utvrđeno je da iznosi 2-6 MPa; grede od nabijenog betona, uzorci od prskanog betona kao i uzorci od torkret betona, stari više meseci i čuvani prvo u vlažnom a zatim u suvom stanju, dali su rezultate savojne čvrstoće od 3,2 MPa. Za ploče od istog materijala koje su držane jos i 8 dana pod vodom, utvrđena je vrednost savojne čvrstoće od 6,3 MPa.
SKUPLJANJE I BUBRENJE BETONA
Skupljanje i bubrenje. Naprsline usled skupljanja. Naponi usled skupljanja. Ako se betonska tela koja su održavana u vlažnom stanju izlože isušivanju, isušivanje će početi sa površine i napredovaće ka unutrašnjosti. Sa spoljne strane beton može biti skoro vazdušno suv dok mu je jezgro još vlažno. Suv sloj teži da se skuplja, vlažno jezgro neće, ili će se skupljati samo u maloj meri. Usled toga u takvom betonskom telu javljaju se na spoljnim površinama zatezni naponi, a u jezgru pritisni naponi.
Ako zatezni naponi prekorače zateznu čvrstoću betona javiće se naprsline usled skupljanja koje dublje ili pliće prodiru ka jezgru, a ispoljavaju se na mestima manje čvrstoće. Kako isušivanje napreduje tako se i jezgro postepeno skuplja, zatezni naponi na spoljnim površinama smanjuju se.
Sl. 3
Sl. 4.
Veličina skupljanja betona zavisi od vrste cementa, količine cementa, količine vode pri spravljanju, od granulometrijskog sastava i elastičnosti kamenog agregata, kao i od starosti, a naročito od načina održavanja i klime, a u znatnoj meri od dimenzija betonskog elementa.
Dužinske promene betona u stubovima i gredama izloženih dugotrajnom opterećenju. Puzanje betona. Stubovi koji su pod dopuštenim opterećenjem stajali u suvom podrumskom prostoru za vreme od tri godine, a bili su izrađeni od betona običnog sastava, stalno su se skraćivali shodno sl. 3, i to znatno više nego jednaki, ali neopterećeni stubovi. Ove deformacije koje se sporo odvijaju prevazilazeći stepen skupljanja neopterećenog betona, nazivaju se „puzanje“. Stepen puzanja zavisi od sastava betona, veličine i trajanja opterećenja, kao i od stanja vlažnosti betona. Vlažan beton puzi u mnogo manjoj meri nego suv beton, sl. 4. Beton koji se dugo isušivao bez izlaganja opterećenju, pod opterećenjem puzi samo neznatno. Pri opterećenju zatezanjem, puzanje se ispoljava u sličnoj meri kao i pri opterećenju pritiskom sl. 5.
Puzanje betona, tj. konstantno popuštanje betona pod opterećenjem ima za posledicu da se u armiranom betonu javi povećanje udela armature u prijemu opterećenja, što kod jako armiranih stubova može dovesti do znatnog rasterećenja samog betona.
Sl. 5.
OTPOR PREMA KLIZANJU IZMEĐU ARMATURE I BETONA
Armatura u armirano betonskim konstrukcijama treba u celosti da primi zatezne sile kad pri zatezanju otpor betona bude prekoračen usled skupljanja betona i uticaja spoljnih sila. U tu svrhu potrebno je da armatura preko dodirnih površina sa betonom može svoja opterećenja preneti dalje na beton, i to tako da ne dođe do raskida usidrenja armature pod dopuštenim opterećenjima. Sidrenje se osigurava kukama na kraju šipki. Vrste armaturnih šipki koje postoje, a podela se vrši na osnovu poprečnih rebara jesu: B500A (glatka šipka), B500B (šipka sa rebrom u jednom pravcu) i B500C (šipka sa rebrima u dva pravca).
OTPOR PREMA HABANJU CEMENTNOG MALTERA I BETONA
Malteri prema sl. 18 su i u ovom pogledu naročito dobri; što se tiče granulometrijskog sastava treba uglavnom postupati prema uputstvima datim iznad u pogledu pritisne čvrstoće. Osim toga preporučuje se kamen koji pokazuje veliki otpor prema habanju i udaru. Primese koje su otpornije nego dobar tvrd kamen povećavaju otpor betona prema habanju ako imaju pogodnu veličinu i pogodan oblik zrna. Vlažan beton haba se brže nego suv; vlaga potpomaže odbrusivanje.
OTPORNOST BETONA PREMA VREMENSKIM UTICAJIMA
Kad je potrebno da se postave uslovi za izradu betona otpornog prema vremenskim uticajima, treba se pre svega poći od iskustava stečenih na ranije rađenim objektima. Pri tome se, pre svega, treba obratiti pažnja na sledeće:
- Kako izvršiti izbor kamena? – Često dolazi do poteškoća pri izboru kamena iz razloga ekonomičnosti, bilo da treba upotrebiti kamen koji bi kao drobljen pesak ili tucanik ispao pločast i time izazvao loše ugrađivanje betona, bilo da se radi o kamenu nedovoljne otpornosti prema vremenskim uticajima. U ovom pogledu moraju biti postavljeni strogi zahtevi, da se za spoljni beton upotrebi samo kamen dobre otpornosti prema vremenskim uticajima
- Koja je količina cementa potrebna za beton? – Na spoljnim površinama beton mora u dovoljnoj meri biti nepropustljiv na vodu. U tome cilju se može koristiti ono što je utvrđeno o uticaju granulometrijskog sastava betona na vodopropustljivost i na osnovu toga utvrditi potrebnu količinu cementa. Nekakve optimalne količine cementa se kreću između 300-350 kg po m3 betona, ali to može dosta da varira od slučaja do slučaja (zavisi od mnogo faktora).
- Kakvoj granulaciji i kome svojstvu zrnastog sastava betona treba težiti? – Zavisi od slučaja do slučaja – rečni agregat je povoljniji, neujednačenog sastava; drobljeni agregat može u nekim aspektima biti kvalitetniji, ali ima oštra zrna koja bi u nekoj mešavini betona mogla naškoditi.
- Koja je čvrstoća betona potrebna? – Na ovo pitanje je mnogo teže odgovoriti nego na ona o kojima je već govoreno. Stoga se svi dosadašnji predlozi odnose na ograničene prilike. U svrhu rešenja ovog zadatka se vršilo više ispitivanja koja su pokazala koju čvrstoću beton treba da ima da bi dugo vremena ostao otporan prema cikličnom zamrzavanju i odmrzavanju. Zaključeno je da bi beton, pre nego što bi više puta bio izlagan zamrzavanju i odmrzavanju, trebalo da pokazuje pritisnu čvrstoću od najmanje 15 MPa. Ako se beton spolja obrađuje potrebne su i veće čvrstoće; u takvom se slučaju preporučuje da se previdi najmanje 25 MPa.
- Koja je konzistencija betona pogodna? – Što se tiče konzistencije betona, zasad uglavnom postoji shvatanje da sa livenim betonom treba biti oprezan, pošto on svojom velikom količinom vode potpomaže izlučivanja čije se posledice ispoljavaju na taj način što se na svakom izlivenom sloju javlja više ili manje izražen sloj finozrnog i vodom bogatog maltera. Taj malter ima manju čvrstoću, veću moć upijanja vode, itd.
- U kojoj meri treba imati u vidu oblik objekta? – Ako je, na primer, spoljna površina stepenasto obrađena, onda se na jednom znatnom delu betona zadržava više snega i leda nego kada je zid obrađen glatkim površinama. Provlažavanje može trajati duže vremena, te je stoga češće zamrzavanje i odmrzavanje u provlaženom stanju. Cilj je da se sneg, led i primese što kraće zadržavaju na objektu.
U slučaju da se beton spolja obrađuje, treba imati u vidu da usled toga vodopropustljivost po pravilu postaje veća i da krupni komadi agregata koji leže na površini, bivaju razdrobljeni alatom kamenoresca. Ako obrađivan beton sadrži armaturu, potrebna je naročita opreznost da bi se za armaturu u dovoljnoj meri sačuvalo zaštitno dejstvo betona (zaštitni sloj). Prodiranje vode u beton se u određenoj meri može sprečiti premazima/aditivima.