-
Reoloka svojstva ovrslog betona i trajnost
Predavanje, 20.11.2012.
Pripremili:Doc.dr. Merima ahinagi-Isovi
Asis. Marko eez
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betona
Osnovne reloke karakteristike betona su:z Skupljanje betonaz Teenje betonaz Relaksacija naponaz Relaksacija napona
Zavise od uea cementnog kamena u makrostrukturi betona, te od mikrostrukture samog cementnog kamena
Parametri koji utiu: vrsta i koliina cementa vodocemnetni faktor granulometrijski sastav agregata uslovi sredine (temperatura i vlanost) nain ugraivanja i njege dimenzije betonskih elementa i dr.
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Skupljanje betona Tri komponente skupljanja su:a) skupljanje usljed kontrakcije produkata hidratacije (hidrataciono skupljanje)b) skupljanje usljed isparavanja vode tokom perioda vezivanja cementa
(plastino skupljanje)c) skupljanje nakon zavretka procesa vezivanja (hidraulino skupljanje)
Pl i k lj jPlastino skupljanje
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betona Plastino skupljanje
nije od znaaja za naponska stanja konstukcije Hidrataciono i hidrauliko skupljanje (zbirni efekt)
utiu na naponska i deformaciona stanja konstrukcija Hidraulino skupljanje se odvija dok se ne uspostavi ravnotea izmeu
l ti di i l ti b tvlanosti sredine i vlanosti betona Vlanost betona je funkcija hidratacije cementa, F(kapilarne poroznosti) kriva 1 kondicionirani termohigrometrijski uslovi
k i 2 lj j di kriva 2 spoljanja sredina
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Skupljanje betona komparateri, deformetri, ekstenzometri JUS U.M1.029: 2h/a4, a4D (3 uzorka) 24h, T= 20C, RH= 90% (u kalupima) 48h u pijaoj vodi, T= 20C nakon 72h vade se iz vode i izlau termohigrometrijskim uslovima
(T=20C, RH= 40, 70 ili 90%) nulto oitavanje 72h mjerenja nakon 4 7 narednih 7 dana ne manje od 3 mjeseca mjerenja nakon 4, 7, narednih 7 dana, ne manje od 3 mjeseca
2 bm
b
AdO
=
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Skupljanje betona
Relativna vlanost sredine
Srednjadebljina presjeka
Zavisnost skupljanja betona od vremena b(t)/bVrijeme t poslije prestanka njegovanja betona (dani/godine)
sredine(%) elementa dm (cm) 7 14 28 90 365 3 g.
10 0,20 0,28 0,38 0,60 0,85 0,95
40%
, , , , , ,
20 0,10 0,15 0,23 0,40 0,68 0,88
40 0,05 0,07 0,10 0,20 0,45 0,73
70%
10 0,16 0,23 0,30 0,50 0,75 0,90
20 0,08 0,13 0,18 0,30 0,58 0,83
40 0,03 0,05 0,08 0,15 0,35 0,63
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Teenje betona
ureaji na principu opruge ili na principu poluge ureaji na principu opruge ili na principu poluge Dva karakteristina sluaja:
stabilizacija procesa teenja (mali naponi-radni naponi,deformacije tee nekoj konanoj vrijednosti)nekoj konanoj vrijednosti)
ne dolazi do stabilizacije procesa (veliki naponi-20-30% manji od vrstoe pri karatkotrajnom optereenju,lom uzorka)
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Linearno teenje betona JUS U M1 027: (0 3-0 5)f linearno teenje JUS U.M1.027: (0,3-0,5)fp linearno teenje 9 uzorka:
3 uzorka za mjerenje skupljanja s(t)(a) 3 uzorka za odreivanje f (b) 3 uzorka za odreivanje fp ( b ) 3 uzorka za mjerenje ukupnih deformacija (t) pod konstantnim
naponom k (c) nulto oitavanje 72h (a i c), a zatim nakon 4, 7, narednih 7 dana, ne nulto oitavanje 72h ( a i c ), a zatim nakon 4, 7, narednih 7 dana, ne
manje od 3 mjeseca u vremenu tk (b), konstantan napon kfp/3
( ) ( ) ( ) ( ),te k s elt t t t t = ( ) ( ),te kt tt t ( ) ( )( ), k elt t t =
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Linearno teenje betona
mlai betoni imaju vee deformacije teenja mlai betoni imaju vee deformacije teenja
PBAB 87: cca T=20CStarost
betona uOdnosi koeficijenata teenja betona u trenutku vremena t i
konane vrijednosti koeficijenata teenja (t,tk)/betona u trenutku
optereenja tk (dani)
j j j ( k) Trajanje optereenja (t-tk) (dani/godine)
7 14 28 90 365 3 g.
7 0 25 0 30 0 38 0 53 0 73 0 857 0,25 0,30 0,38 0,53 0,73 0,85
28 do 90 0,15 0,23 0,30 0,48 0,68 0,83
365 0,10 0,18 0,25 0,43 0,56 0,80
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Linearno teenje betona Trenutna povratna deformacija (t ) ( ) ( ) ( ) ( )ak kt t t t = = > Trenutna povratna deformacija el(tk2) Tzv. povratno teenje betona-reverzibilna viskoelastina deformacija Ireverzibilna viskoplastina deformacija
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 1 21 2, a ,el k el k el k el kk kt t t tE t E t = = >
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Linearno teenje betona PBAB 87: cca T=20C
Starost betona u trenutku
optereenja tk(dani/godine)
Srednja debljina presjeka
elementa dm(cm)
Konane vrijednosti teenja nearmiranog betona Relativna vlanost sredine (%)
40% 70% 90% u vodi
10 4,3 3,1 1,7
720 4,1 2,9 1,6
1,440 3,8 2,7 1,6
14
10 4,0 2,9 1,6
1,320 3,8 2,7 1,5
40 3,6 2,5 1,5
28
10 3,7 2,6 1,6
1,320 3,6 2,6 1,5
40 3,4 2,5 1,4
10 2 7 2 0 1 3
90
10 2,7 2,0 1,3
1,220 2,8 2,1 1,3
40 2,9 2,1 1,3
365
10 1,7 1,3 1,0
1,020 1,8 1,4 1,1
40 2,0 1,5 1,1
3 godine
10 0,9 0,8 0,7
0,820 1,1 0,9 0,8
40 1,2 1,0 0,8
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Relaksacija napona Osnovni postulat: konstantna deformacija (u=const ) Osnovni postulat: konstantna deformacija (u=const.) betonski, AB, prenapregnuti nosa sa prepustima (savijanje) reguliemo silu P=P(t), odreujemo napone kod oslonca neposredno uz
prepust (B)prepust (B) Zavisi od:
poetnog napona 0 starosti betona u vrijeme apliciranja napona 00 temperature i relativne vlanosti sredine sastava betona
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Relaksacija napona
( ) ( ) ( )100 100%t P tk
=1,0 (ist beton)
-
Reoloke osobine ovrslog betonaReoloke osobine ovrslog betonaz Reoloki model betona Deformacije: elastine plastine i viskozne Deformacije: elastine, plastine i viskozne Brzina prolaza ultrazvunih talasa (skraenje vremena prolaza ultrazvuka) e (granica elastinog ponaanja) (gornja granica plastinih deformacija max vrijednost Poasonovog v (gornja granica plastinih deformacija, max. vrijednost Poasonovog
koeficijenta 0,5)
(1) elastini elementi (1) elastini elementi (2) optereenje od trenja (3) viskozni element
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcija
z Reoloki model betona (1) elastini elementi (1) elastini elementi (2) optereenje od trenja (3) viskozni element
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Korozija zavisi od:
Karakteristika predmetne sredine Unutranje otpornosti materijala (betona i elika):
Hemijske fizike i mineroloke karakteristike agregata Hemijske, fizike i mineroloke karakteristike agregata Hemijske, fizike i mineroloke karakteristike cementa Zavisnost izmeu sastava betonske mjeavine i svojstava svjeeg
betonabetona Makro i mikrostruktura ovrslog betona Eventualni defekti i nehomogenost strukture betona Mehanizam korozije elika i korozine otpornosti pojedinih vrsta elika Mehanizam korozije elika i korozine otpornosti pojedinih vrsta elika
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcija
z Koroziona otpornost agregata
funkcija genetskog tipa stijenskog masiva: kamen magmatskog porijekla (granit, sijenit, gabro, bazalt, andezit) kamen sedimentnog porijekla (krenjaci dolomiti pjeari) kamen sedimentnog porijekla (krenjaci, dolomiti, pjeari) kamen metamorfnog porijekla (kvarcit,mermeri)
aspekt tzv. alkalno-agregatnih reakcija u ovrslom betonu: alkalno-silikatna alkalno-karbonatna (dolomitna) reakcija
proces vrlo spor (vei niz godina), manifestuje se u obliku p p ( g ) jpotpunog raspadanja betona
kod nas nema ovih pojava, koristi se cement sa dodacima (ne isti PC)
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Koroziona otpornost agregata Karakteristika nekih vrsta prirodnog kamena
V kKarakteristika Vrsta kamenaGranit Gabro Andezit Bazalt Krenjak Dolomit Pjear Kvarcit MermerZapreminska masa (kg/m3)
2500-2800
2700-3200
2200-2700
2600-3000
1800-2800
1800-2700
2000-2900
2600-2700
2800-2900
Poroznost (%) 0,2-3,5 0,3-1,5 0,5-5,5 0,1-1,0 0,4-2,0 0,5-20 1,0-18 0,1-0,5 0,4-2,0
Upijanje vode (%) 0,1-0,5 0,1-1,0 0,1-0,5 0,1-0,5 0,5-4,0 0,5-4,0 0,5-4,0 0,1-0,5 0,1-0,5
Skupljanje bubrenje (%) zanem-arljivo zanem-arljivo zanem-arljivo zanem-arljivo do 0,1 0,1-0,2 do 0,07 zanem-arljivo zanem-arljivo
vrstoa pri pritisku (MPa) 100-250 150-250 80-220 100-200 15-200 100-200 30-300 250-400 60-600
Otpornost na habanje po Beme-u (cm2/50 cm2)
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Koroziona otpornost cementnog kamena
Tri osnovna oblika: Tri osnovna oblika:(1) Rastvaranje i ispiranje kalcijumhidroksida (korozija usljed
djelovanja mekih voda)Ob j l k t lji ih j di j j i d j t h ij kih(2) Obrazovanje lakorastvorljivih jedinjenja pri meudejstvu hemijskih agenasa i cementnog kamena-rastavranje dobijenjih jedinjenja i njihovo ispiranje (kiselinska i magnezitna korozija, korozija usljed djelovanja mineralnih ubriva)j j j )
(3) Obrazovanje u porama cementnog kamena takvih jedinjenja koja zauzimaju vei prostor od polaznih supstanci-izaziva pojavu unutranjih napona u cementnom kamenu i destrukciju njegove t kt ( lf t k ij i lk l t k ij )strukture (sulfatna korozija i alkalno-agregatna reakcija)
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Fizika korozija: Fizika korozija:
Erozija: povrina betona izloena mehanikim djelovanjima (na vazduhu ili u vodi)
Kavitacijai k j b t d ti j d povrinsko razaranje betona pod uticajem vode
Razaranje pod dejstvom mraza: nekompatibilnost koeficijenata termike dilatacije cementnog kamena i agregata smrzavanje vode i ekspanzija leda u kapilarnim porama cementnog kamenaR j d d j t i li Razaranje pod dejstvom mraza i soli: NaCl (kuhinjska so), CaCl2, tzv. osmotski pritisak
Razaranje pod dejstvom visokih temperatura: do 100C gubi se slobodna kapilarna voda do 400C gubi se fiziki vezana voda (apsorbovana)-gelska voda preko 400C gubi se hemijski vezana voda koja ulazi u sastav hidrosilikata,
hidroaluminata, hidroferita kalcijuma (osnovnih hemijskih konstituenata cementnog kamena)
Hemijska korozija Korozija armature u betonu
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Hemijska korozija: Hemijska korozija: Prema PBAB opisno se izraava:
slaba za elemente u unutranjosti objekta koji nisu izloeni vlazi, atmosferskim i korozionim uticajima;atmosferskim i korozionim uticajima;
srednja za elemente koji su izloeni vlazi, atmosferskim i korozionim uticajima;
jakaza elemente koji su izloeni jaim korozionim uticajima, j j j j ,tenim ili gasovitim, ukljuujui i neposredan uticaj morske vode i vazduha u blizini mora.
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Hemijska korozija Hemijska korozija
Faktor agresivnostiAgresivnost sredine
slaba srednja jakaH ij d t 6 5 5 5 5 5 4 5 1000
Sadraj jona NH4+ (mg/l) 15-30 30-60 >60
Sadraj jona Mg2+ (mg/l) 100-300 300-1500 >1500Sadraj jona SO42- (mg/l) 200-600 600-3000* >3000*Sadraj jona SO4 (mg/l) 200 600 600 3000 >3000
Ukupan sadraj rastvorenih soli (g/l) 10-20 20-50 >50
* Treba obavezno koristiti sulfatnootporne cemente
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Hemijska korozija Hemijska korozija
Neorganske kiseline Organske kiseline Ostala organska jedinjenjaslina po djelovanju Sumporna, sumporasta, Mlijena, siretna, humusna: Alkoholi: metil, etil i propil azotna, hlorovodonina: jako agresivne u svim koncentracijama
Fosforna fluorovodina:
jako agresivne
Teninska i mravlja: slabo agresivne
jako, glicerol i glikol - srednje agresivni
eer: slabo do srednje agresivni (u zavisnosti odFosforna, fluorovodina:
srednje agresivne (obino na povrini betona formiraju tanak sloj produkata korozije koji titi unutranjost mase)
Vinska i oksalna: neagresivneagresivni (u zavisnosti od temperature, viskoziteta i koncentracije)
Fenolna kiselina: slabo i
Ugljena: agresivnost zavisi od koncentracije
Sumporvodonik: slabo
agresivna
Aldehidi: sami po sebi neagresivni, ali pomjeani sa formaldehidima daju mravlju p
agresivanj j
kiselinu koja je slabo agresivna
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Hemijska korozija Hemijska korozija
Organske soliNeorganske soli
Anjoni Katjoni
Najee predstavljaju viskozne Sulfati i sulfidi: jako agresivni Magnezijum: jako agresivanNajee predstavljaju viskozne produkte biljnog ili ivotinjskog porjekla. Reaguju sa Ca(OH)2 i obrazuju Ca soli masnih kiselina ili odreene vrste sapuna. A i t i l ih lj i
Sulfati i sulfidi: jako agresivni
Nitrati: srednje do jako agresivni (amonijumnitrat)
K b ti ilik ti i fl idi
Magnezijum: jako agresivan. Pojaava intezitet sulfatne korozije
Aluminijum: nitrati, hloridi, sulfati i lfidi j k i iAgresivnost mineralnih ulja i
masti zavisi od viskoziteta, odnosno od mogunosti penetriranja u porni sistem betona. Temperatura utie kako
Karbonati, silikati i fluoridi: neagresivni
Fosfat: generalno neagresivni; pojedini reaguju kiselo, pa se
i sulfidi jako agresivni, karbonati, oksalati i fluoridi -neagresivni
pna sniavanje viskoziteta, tako i na same hemijske reakcije. Koroziona otpornost betona se obezbjeuje visokom kompaktnou i primjenom
p j g j , pbeton od njih mora posebno tititi
Hloridi: posebno visku agresivnost ispoljavaju premakompaktnou i primjenom
cemenata sa viim sadrajem pucolanskih dodataka.
agresivnost ispoljavaju prema armaturi eliku u okviru konstrukcije od armiranog i prednapregnutog betona
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Korozija armature u betonu o o ja a atu e u beto u
Hemijska i elektrohemijska korozija (proces korozije elika u betonu) Alkanost sredine Ca(OH)2-antikorozivna zatita elika u betonu Oblici korozionih razaranja:
a)povrinska ravnomjerna b)povrinska neravnomjerna c)mjestimina plitka a)povrinska ravnomjerna, b)povrinska neravnomjerna, c)mjestimina-plitka, d)mjestimina-duboka, e)takasta, f)slojevita, g)selektivna, h)meukristalna, i)transkristalna
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Korozija armature u betonu o o ja a atu e u beto u
Zatitni slojevi betona i struktura betona
- Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Osnovni oblici korozije betonskih konstrukcija Korozija armature u betonu o o ja a atu e u beto u t0ts
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Fiziko-mehaniki i tehnoloki faktori trajnosti betona
Zapreminska masa (gustina): Zapreminska masa (gustina): najpovoljniji granulometrijski sastav (optimalna upakovanost zrna) dovoljna koliina cementa i estica sitnijih od 0,25mm manje koliine vode (nie vrijednosti v/c faktora) manje koliine vode (nie vrijednosti v/c faktora)
Zahtjevana marka betona (MB) Minimalna zapreminska masa svjeeg ugraenog betona (kg/m3)50 2450
40 2400
30 2350
20 2300
Upijanje vode, F(p): Dvije osnovne metode:
Metoda postupnog potapanja (nakon 48h zasienost od 90%) Metoda kapilarnog upijanja (visina kvaenja i koliina upijene vode)
Upijanje ne bi trebalo da je vee od 5%, betoni sa v/c=0,40-0,50
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Fiziko-mehaniki i tehnoloki faktori trajnosti betona Vodopropustljivost: koeficijent filtracije kf St t d i k ( / ) Vodopropustljivost: koeficijent filtracije kf Trajnost zadovoljavajua:
JUS U.M1.015: V6, (mostovi V8) DIN 1048: h
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Fiziko-mehaniki i tehnoloki faktori trajnosti betona
Otpornost na dejstvo mraza: Otpornost na dejstvo mraza: Trajnost zadovoljavajua:
JUS U.M1.016: M100, (mostovi M150)Klimatski uslovi
na lokaciji graenja betonske
konstrukcije
Broj naizmjeninih promjena nivoa vode u kontaktu sa povrinom betona, odnosno broj ciklusa naizmjeninog
smrzavanja i odmrzavanja u toku jednog zimskog perioda
do 50 50-75 75-100
H t
Umjereni M 50 M - 100 M 150
Surovi M - 100 M 150 M - 200
Homogenost: Defekti u strukturi betona:
depovi ispod zrna agregata nastavci betoniranjaj mjesta segregacije i sl.
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Fiziko-mehaniki i tehnoloki faktori trajnosti betona
Prsline: Prsline: najizrazitijiji strukturni defekti i diskontinuiteti veliine otvora
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaTrajnost betona i betonskih konstrukcijaz Fiziko-mehaniki i tehnoloki faktori trajnosti betona
Prsline: Prsline: Uzorak nastanka Vrijeme nastanka Manifestacije Napomene
Slijeganje (sjedenje) svjeeg betona Prvih nekoliko sati
Prsline du linija pruanja armature i prsline na mjestima
j blik j k
Prsline mogu da budu sa velikim otvorima i vrlo jako i (1 2 )promjene oblika presjeka izraene (1-2 mm)
Plastino skupljanje Prvih nekoliko sati po ugraivanju
Pojava mreastih ili jednosmjerno orjentisanihprslina na povrinama elementa koji se ne njeguju dovoljno intenzivno
Prsline mogu da dosegnu i veliine 2-4 mm
dovoljno intenzivno
Termika naprezanja u mladom betonu
Prvih nekoliko dana po ugraivanju
Prsline prouzrokovane sprijevanjem rada elementa (na primjer na spojevima zidova)
Mogunost pojave prslina(max. 1 mm) moe se umanjiti regulisanjem toplotnog reima i primjenom odgovarajue armature
Skupljanje Ne vie od nekoliko mjeseci po ugraivanju Slino prslinama u elementima od savijanja ili zatezanja
Prsline su obino male ukoliko je element odgovarajue armiran (do 0,5 mm)
Prsline su male ukoliko je konstrukcija korektno
Optereenja tokom eksploatacije
Zavisno od uslova eksploatacije
Linije prslina su upravne na pravce djelovanja glavnih napona zatezanja
konstrukcija korektno projektovana; vee orsline su indikacija neslaganja izmeu projektovanog i eksploatacionog stanja
-
Trajnost betona i betonskih konstrukcijaz Uslovi kvaliteta i osnovni kriterijumi za izbor sastav betona s
obzirom na agresivnost sredine Vea trajnost: spoljanja zatita i efikasno odravanje
Vrsta konstrukcije Oekivani ivotni vijek (god)
Aerodromske piste 30-50
Mostovi 100
Brane 50-100
Stambene zgrade 60
Luke 80
Industrijski objekti 25-50
Administrativni, trgovaki i drugi slini objekti 50 100
Nema propisanih metoda, niti preciziranih kriterijuma
Stepen agresivnosti sredine Uslovi kvaliteta i zatite betona
Sredina se ne smatra agresivnom Samo MB
Administrativni, trgovaki i drugi slini objekti 50-100
g
Slabo agresivna sredina MB, VDP5 cm, M-100, minimalna koliina cementa 300kg/m3,
maksimalan vodocementni faktor 0,55
Srednje agresivna sredinaMB, VDP3 cm, M-150, minimalna koliina cementa 350kg/m3, maksimalan vodocementni faktor 0,50, laka zatita vodonepropustljivim premazima zatitni sloj armature 4 cmvodonepropustljivim premazima, zatitni sloj armature 4 cm
Jako agresivna sredina
MB, VDP3 cm, M-200, minimalna koliina cementa 380kg/m3, maksimalan vodocementni faktor 0,45, skupljanje ne preko 0,35 mm/m, intenzivna zatita vodonepropustljivim materijalima, zatitni sloj armature 4-5 cm
-
Slijedee predavanje:
PROJEKTOVANJE SASTAVA BETONA