gm2 usmeni

GRADJEVINSKI MATERIJALI 2

Petric Filip 83/06

1. AGREGAT KAO KOMPONENTA BETONA: UTICAJ SVOJSTVA AGREGATA NA OSNOVNA SVOJSTVA BETONA

Učestvuje sa 70-80% u ukupnoj masi betona, od njegovih karakteristika zavise svojstva betonskih smeša i očvrslog betona

Koriste se: prirodni (rečni) šljunak i pesak (jeftiniji, povoljniji oblik zrna koje je zaobljeno – ugradljivost i obradljivost)

drobljeni krupan i sitan agregat (homogeniji je od prirodnog šljunka i peska, bolje povezivanje zrna – oštroivičnost sa ukjlještenjem susednih zrna

što naročito povećava čvrstoću na zatezanje, veća adhezija sa cementnim kamenom)

Sitan agregat: zrna prolaze kroz sito od 4mm; Krupan agregat: zrna ne prolaze kroz isto sito

Štetni sastojci agregata: liskuni (posebno štetan; sadržaj u sitnom agregatu ograničava na 1% po masi a u krupnom na 2% - ako će beton stalno biti na suvom

škriljci, lapori, ugalj, serpentini, gips, glina i sl.

Amorfni silicijum (uzročnik alkalno-silikatne reakcije u betonu, Si stupa u reakciju sa alkalijama i nastaju produkti koji u prisustvu vlage povećavaju svoju zapreminu

sa nastankom napona, prslina i pukotina);

bezbedan agregat ako je u krupnom do 5% a u sitnom do 0.5% alkalno-silikatno-reaktivnih sastojaka

Alkalije: ako je sadržaj alkalija (Na2O + 0.658 K2O) u cementu < od 0.6% po masi do alkalno silikatne reakcije neće doći

Sastojci koji izazivaju koroziju armature: Σ Q S u obliku SO3 max. 1% a hlorida max. 0.1% (za prednapregnuti beton max 0.02%)

Osobine agregata: mora biti dovoljno čvrst i postojan; zapreminska masa zrna treba da se kreće izmedju 2000-3000 kg/m3

upijanje H2O najviše 1.5%

čvrstoća kamena za agregat najmanje 80 Mpa (kolovoz 160 Mpa)

Granulometrijski sastav: cementna pasta obavija zrna agregata i treba u potpunosti da ispuni prostore izmedju pojedinih zrna.

Očvršćavanjem cementne paste se dobija cementni kamen, preterano velika Q c.paste u odredjenoj meri smanjuje čvrstoću betona, vodonepropustljivost,

otpornost na dejstvo mraza, hemijsku otpornost i dr. a povećava skupljanje i tečenje, razvija se veća hidrataciona toplota

jednozrni agregat: teško ugradljiva i obradljiva smeša, velika poroznost (suvo trenje u masi)

kombinovanje nekoliko frakcija agregata, smanjenjem trenja u masi i najboljim pakovanjem zrna, poboljšava se ugradljivost, obradljivost i svojstva očvrslog

betona pri gradjenju: ne dotvoljava se upotreba prirodne mešavine agregata (direktno iz šljunkare); može za ispune ili izravnjavajuće slojeve

gran.sastav se odredjuje eksperimentalnim putem gde treba težiti što je većem učešću najkrupnije frakcije (smanjenje cementa), a da se ne bi dovela u pitanje

ugradljivost i obradljivost posebna pažnja se poklanja sastavu sitnog agregata

Najčešće se koriste sledeće frakcije: 0/4, 4/8, 8/16, 16/31.5; mogu se preporučiti i: 0/2, 2/8 i 8/31.5

uvek postoje i sitne čestice koje se definišu kao prašinaste i glinovite; u većoj Q ugrožavaju kvalitet betona (<čvrtoća i otpornost na mraz, >upijanje H2O, skupljanje

i tečenje)

Značaj sitnog agregata (peska):

poseban značaj fina zrna krupnoće 0.25mm (zadržavaju vodu tj.sprečavaju njeno odvajanje i segregaciju agregata)

kod drobljenog agregata gde je nepovoljni oblik zrna i kompromitovana ugradljivost i obradljivost težiti većem učešću peska;

Principi:

● za beton većih čvrstoća, ako se primenjuje agregat sa zaobljenim zrnima i ako postoje efikasna sredstva za ugradjivanje betona, u mešavini agregata se može

redukovati Q sitnih frakcija (peska) – granulometrijska kompozicija bluža krivoj EMPA (krupniji agregat)

● ako je nepovoljan oblik zrna i ne postoje mogućnosti primene efikasnih sredstava za ugradjivanje bet.smeše, da bi se dobio beton većih čvrstoća treba koristiti

mešavine agregata sa većom Q sitnih frakcija (peska) – usvojiti granulometrijsu krivu po Fuleru (sitniji agregat)

Diskontinualne granulometrijske kompozicije: krupnoća sitnije frakcije ne može biti proizvoljna, moraju da se razlikuju radi boljeg punjenja

ostvaruje se izvanredno velika kompaktnost betona (jedan od osnovnih uslova za dobijanje visoko kvalitetnih betona)

medjutim nije u naročito velikoj primeni jer je ekstrakcija agregata ekonomski neprihvatljiva, izuzetna pažnja pri spravljanju i ugradjivanju, vrlo su teško

ugradljivi (ako im se doda voda postaju podložniji segregaciji)

Oblik i veličina zrna agregata: ne sme da bude više od 20% pljosnatih i duguljastih zrna (odnos najveće prema najmanjoj dimenziji > od 3:1)

Prirodni sitni agregat ima povoljniji oblik zrna od drobljenog sitnog agregata (zamena jednog sa drugim u cilju smanjenje H2O kao i cementa)

Najmanju zapreminski koeficijent agregata: rečni (zaobljeni) agregat: min 0.18 drobljeni agregat: min 0.15 mešani agregat: min 0.18

2. EFEKAT REŠETKE I EFEKAT ZIDA KOD BETONA: DEFINICJA, OBJAŠNJENJE, USLOVI, VEZA SA NOMINALNO NAJKRUPNIJIM ZRNOM AGREGATA

D

Efekat rešetke:

Poznavanje Dmax je značajno za armirano-beonske konstrukcije (da svež beton može da prodje kroz rešetku i da potpuno obuhvati

armaturu ); D = nominalno najkrupnije zrno u frakciji

treba da zadovolji uslove: D ≤ �� / 3, D ≤ 1.25 ��

odnosno D ≤ a/4 (ako se ne radi o veličini u elementu oblika ploče)

e = rastojanje izmedju armature

Potrebno je poznavati stvarnu veličinu najkrupnijeg zrna (prisutnost nadmerenih zrna);

najkrupnije zrno bi bilo Dmax = dm+1 (dm+1 predstavlja otvor sita kroz koji prolazi celokupan agregat )

U praksi: granulometrijska kriva u zoni dm-1 do dm se aproksimira pravom do preseka sa Y pravom (Y=100%) i dobija se tačka T

Iz gemetrijskog odnosa sledi: Dmax = D + ∆D = dm + (dm – dm-1) ∙ ��

Efekat rešetke se definiše : Er = ��

ρ = srednji radijus rešetke odredjen odnosom ρ = �� š�� =

�� ako b → ∞ ρ=0.5e

Betonska mešavina prolazi kroz mrežu armature ako su ispunjeni uslovi:

Er < 1.4 za rečni (prirodni) agregat i Er < 1.2 za drobljeni agregat

Odnosno: Dmax ≤ 1.4 ρ (Dmax ≤ 1.2 ρ)

Efekat zida:

Prilikom ugradnje betonske smeše u oplate u zonama kontakta smeše i oplate ne postoji mogućnost dobrog pakovanja zrna

U ovim zonama ona se kreću samo paralelno oplati i tu se uglavnom slažu najkrupnija zrna; kako bi se popunile sve praznine uz oplatu betonska

smeša treba da sadrži dovoljnu Q malterske komponente (sitnig frakcija i cementa); pored svega, delovi betona uz oplatu su uvek manje

kompaktni od ostale smese;

Ovakav efekat zida zavisi i od veličine maksimalnog zrna, geometrijskih karakteristika elementa, oplate i eventualno armature

Za svodjenje efekata oplate na najmanju moguću meru potrebno je da odnos:

Ez = ��

�� = �� bude u odredjenim granicama R =

�� š�� =

�

Optimalni efekti se postižu pri vrednostima 0.8 < Ez < 1.0, odnosno ako je Ez ≈ = 0.9; kod armiranih elemenata se uzima samo najviše armirani

deo

3. CEMENT KAO KOMPONENTA BETONA: UTICAJ KOLICINE I SVOJSTVA CEMENTA NA SVOJSTVA BETONA

U betonu učestvuje sa 10-20% po masi; Izbor cementa se vrši na bazi 3 kriterijuma: čvrstoća i brzina rasta čvrstoće (klasa) cementa, toplote hidratacije i hemijske

otpornosti

Najviše se proizvode portland cement i portland cement sa dodacima

Vrste cementa:

Ako se traže betoni viših kvaliteta (čvrstoća), koriste se cementi viših klasa (klasa 45 i 55); Niži kvažiteti betona koriste i

cemente nižih kvaliteta (25 i 35)

Cementi viših klasa 35B i 45B treba koristiti u uslovima kada se zahteva veća čvrstoća betona u srazmerno kraćem roku

Dijagram: uticaj klase cementa na rast čvrstoće 1: PC 32.5; 2: PC 42.5; 3: PC 52.5

Portland cement + pucolan ili cement + pucolan + zgura:

zahtevaju više vode za spravljanje betona, duže negovanje betona, veće upijanje vode i manja otpornost prema mrazu, veća skupljanja i tečenja

primenjuju se za betone koji će stalno biti u vodi ili u veoma vlažnoj sredini

Cementi niske toplote hidratacije:

Koriste se za objekte velikih masa, brane, masivni zidovi (razvijanje i akumuliranje toplote u unutrašnjosti betonske mase dovodi do pojave termičkih napona i

nastanka prslina i pukotina)

Voditi računa o ostalim fizičko-mehaničkim svojstvima betona za ove namene

Kod ovih objekata se obično ne zahtevaju velike čvrstoće betona, pa se može koristiti cement nižih klasa (klasa 25 i 35)

Betonske konstrukcije izložene delovanju agresivnih tečnosti ili gasova: primena cementa otpornog na ove agense (eksperimentalna ispitivanja!!)

Cementi sa >% zgure ili pucolana; metalurški ili pucolanski cementi; aluminatni cement; specijalni cementi (sulfatnootporni, supersulfatni)

Objekti u morskoj vodi:

Metalurški i pucolanski cementi kao i aluminatni

Otpornost na hemijske faktore zavisi i od kompaktnosti betona odnosno od vodocementnog faktora i stepena zbijenosti

Količina cementa: sadržaj cementa u 1 !"betona

Na izbor Q cementa utiču sledeći faktori: fizičko-mehaničke karakteristike betona, uslovi eksploatacije konstrukcije, veličina najkrupnijeg zrna agregata, granulometrijski

sastav agregata (krupniji sastav – manja Q cementa), sredstva za transport i ugradjivanje betona, temperatura

sredine pri ugradjivanju i u periodu nege (niže temperature – Q cementa se povećava i obrnuto)

Cementna pasta obavija zrna agregata i treba u potpunosti da ispuni prostore izmedju pojedinih zrna.

Očvršćavanjem cementne paste se dobija cementni kamen, preterano velika Q c.paste u odredjenoj meri smanjuje

čvrstoću betona, vodonepropustljivost, otpornost na dejstvo mraza, hemijsku otpornost i dr. a povećava skupljanje

i tečenje, razvija se veća hidrataciona toplota

Minimalna Q cementa u funkciji nominalno najkrupnijeg zrna agregata: min mc = ##$ √#⁄ kg/m3

min mc = '$$ √#⁄ kg/m3 (beton izložen hemijskoj agresiji)

Konstrukcije od armiranog betona: cementa min 250kg/m3 ugradjenog betona

Konstrukcije izložene atmosferalijama: cementa min 300 kg/m3 svežeg betona

Beton izložen agresivnoj sredini: cementa min 350kg/m3 svežeg betona

Velika čvrstoća uz brz prirast čvrstoće: cementa 450kg/m3

U praksi najčešće: 300-400 kg/m3 svežeg betona

4. ADITIVI U BETONU: VRSTE ADITIVA I NJIHIV UTICAJ NA SVOJSTVA BETONA

To su neobavezna, četvrta komponenta betona, dodavanjem u malim količinama tokom spravljanja betona, mogu poboljšati neka svojstva svežeg i/ili očvrslog betona

Plastifikatori: poboljšavaju ugradljivost i obradljivost betona

Upotrebljavaju se fino dispergovani (usitnjeni) materijali: bentonit, EF-pepeo, pucolani i dr; ove nakvašene čestice imaju ulogu kuglica koje svojim oblikom i

„podmazanom“ površinom smanjuju trenje unutar svežeg betona i poboljšavaju ugradljivost i obradljivost

Površinski aktivne supstance (plastifikatori na bazi masnih kiselina) koje u svežem betonu deluju kao „maziva“ – obavijaju zrnca cementa stvarajući oko njih

tanke opne usled čega se smanjuje trenje; dodaju se u Q od 0.2 – 3% u odnosu na masu cementa i smanjuju Q H2O u svežem betonu za 10 – 15%

Superplastifikatori: deluju kao površinski aktivne supstance

još značajnije smanjuju Q H2O u svežem betonu (ponekad i do 30% a bez promene viskoziteta, sa dobijanjem betona vrlo visoke čvrstoće ),

snižavaju viskozitet tj. Poboljšavaju ugradljivost i obradljivost ali bez promene Q H2o u betonu

Aeranti (uvlačivači vazduha): povećavaju otpornost betona na dejstvo mraza; uglavnom iz grupe smolastih organskih jedinjenja, deluju kao površinski aktivne supstance

Koriste se naročito pri izradi betona za kolovoze, kanale, aerodromske piste, saobraćajnice

u betonu formiraju mehurići vazduha veličine 0.1 – 0.3 mm, ravnomerno rasporedjeni u masi cementnog kamena, na medjusobnim rastojanjima od 0.25 mm

ovi mehurići prekidaju mrežu kapilara u cem.kamenu i tako se smanjuje upijanje H2O

stvaraju rezervnu zapreminu vazdušnih pora oko 20% veće od zapremine zamrznute H2O čime se dobija prostor za nesmetano širenje leda ukoliko dodje do

smrzavanje vode unutar mase betona; oni deluju i kao plastifikatori odnosno smanjuje se potreba za H2O i ne menja se čvrstoća betona

optimalni % uvučenog vazduha je obično 4-6% u odnosu na ukupnu zapreminu betona

Akceleratori (ubrzivači vezivanja i/ili očvršćavanja): za postizanje većih čvrstoća betona u kraćem vremenu (hitne intervencije, betoniranje po hladnom vremenu)

Najpoznatiji je CaCl2 koji ne utiče bitno na vezivanje cementa ali ubrzava proces očvršćavanja;

dozira u Q od samo 0.2% u odnosu na masu cementa – brz porast čvrstoće betona u prvih 7 dana; Q od 2% - ponekad se za 7 dana dobije čvrstoća kao za 28

ovo je i najveća dozvoljena Q jer pri većoj dolazi do pada čvrstoće betona i korozije armature (za sprečavanje korozije danas se koriste bezhlorni akceleratori)

Retarderi (usporivači vezivanja): oko zrna stvaraju opne koje smanjuju brzinu henijskih reakcija izmedju cementa i vode;

Korišćenje: betoniranje pri visokim temperaturama, transport betona na dužim relacijama, proces izvodjenja betona bez prekida

Ugradljivost i obradljivost su očuvani u periodu od 24-48h

Najpoznatiji: sadra (CaSO4 ∙ 2H2O), razne vrste šećera, oksidi Zn i dr

Dodaju se u vrlo malim Q, 0.1%, neki dodaci do nekog % deluju kao usporivači a pri većim % kao ubrzivači

Zaptivači (zaptivanje kapilarnih pora u cementnom kamenu): povećavaju stepen vodonepropustljivosti očvrslog betona; dobijaju se na bazi masnih kiselina

Antifrizi (protiv smrzavanja svežeg betona): deluju tako što snižavaju tačku smrzavanja vode; Izvodjenje betoniranja na temperaturama nižim od 0o C.

Najčešće se primenjuju CaCl2, NaNO3, NaCl; nearmirane konstrukcije – u Q od 10% u odnosu na masu cementa

Kod armirano-betonskih konstrukcija količina mora biti strogo kontrolisana

NaCl – tokom vremena izbija na površinu i nastaje pojava „iscvetavanja“ a isto tako povećavaju i higroskopnost betona

U sastavu betonskih mešavina mogu se koristiti kombinacije i više aditiva (često plastifikator-zaptivač, aerant-plastifikator)

značajno je ipak vršiti ispitivanje aditiva sa onim cementom koji će se koristiti da bi se odredila stvarna efikasnost

5. TEHNOLOŠKA SVOJSTVA SVEŽEG BETONA: KONZISTENCIJA, ZAPREMINSKA MASA, SADRŽAJ VAZDUHA

Konzistencija: podrazumeva se skup svojstava svežeg betona koja su od značaja za njegovu ugradljivost i obradljivost

Ugradljivost i obradljivost označavaju sposobnost svežeg betona da primenom odredjenog postupka zbijanja (kompaktiranja) homogenom masom u potpunosti ispuni

sve prostore ograničene kalupom (oplatom); ocena ugradljivosti u obradljivosti se procenjuje na osnovu 3 pokazatelja i to: pokretljivosti, krutosti i povezanosti betonske

smeše

Na osnovu ovih parametara se definiše i konzistencija kao: kruta, slabo plastična, plastična i tekuća konzistencija svežeg betona

Postoje 4 osnovna postupka za ispitivanje konzistencije svežeg betona: metoda sleganja, metoda rasprostiranja, VEBE metoda i metoda sleganja vibriranjem (zbijanje)

Metoda sleganja: širom sveta je najviše zastupljena; konzistencija se definiše na bazi merenja pokretljivosti svežeg betona; Abramsov

konus se puni betonom u 3 sloja približno

iste visine i svaki sloj se nabija sa 25 udaraca. Konus se pažljivo podiže i postavlja pored betonske mase. Pod silom zemljine teže dolazi

do deformacije tako da se registruje sleganje ∆h na osnovu koga se procenjuje ocena konzistencije; primenjuje se obično kod

plastičnijih smeša; kod „mršavih“ betona može doći do smicanja ili rušenja;

Metoda VEBE: primenjuje kod krućih mešavina; meri se dinamička karakteristika – viskozitet betonske smeše; takodje se puni

Abramsov konus koji se stavlja na vibracioni sto i u uredjaj kod koga se ploča od pleksiglasa dovodi u kontakt sa gornjom P konusa; po

započinjanju vibracije stola, nastaje sleganje smeše a samim tim i ploče i ono traje dok beton ne pokrije ploču po celoj donjoj P.

Izračunavanje:

N = �(�$ t (s)

V0 = zapremina betona pre vibriranja a V1 = zapremina nakon vibriranja

Metoda rasprostiranja: za definisanje konzistencije plastičnih i tečnih betona pomoću 2 drvene ploče dimenzija

70x70cm; gornja je pokretna do visine od 4 cm; nakon sipanja

betona u levak, nabijanja i odizanja levka, pristupa se potresanju (15 puta lagano odizanje do 4cm potom slobodan

pad); potom se mere dimenzije rasprostrte mase r1 i r2 u upravnom odnosu; uzima se srednja vrednost tri merenja

Metoda sleganja vibriranjem (zbijanjem): za definisanje konzistencije vibriranih betona; betonska smeša se sipa u

odredjene kalupe dimanzija 20x20x40 ili 30x30x30cm

mistrijom sa visine od 10cm; po punjenju pristupa se vibriranju isto kao što bi se radilo prilikom ugradjivanja betona u

konstrukciju; poredi se početna visina i visina nakon vibriranja: z = )$* odnosno z =

+$* ako po jednoj metodi betonska

smeša odgovara plastičnoj konzistenciji, to ne mora da znači da i prema ostalim metodama pripada istoj konzistenciji

Zapreminska masa:

Odredjuje se tokom izrade uzorka od svežeg betona a za ispitivanje svojstva očvrslog betona; uzorci se formiraju u čeličnim kalupima obično oblika kocke stranice 20cm,

pri čemu uzorci po sastavu moraju u potpunosti da odgovaraju betonu u konstrukciji i da se beton ugradjuje u kalup na isti način kao i u konstrukciji. Kod zbijanja betona

putem pervibratora, kalup ne sme da leži na tvrdoj podlozi već na sloju peska (da bi se izbegli reflektovani vibracioni talasi i interferencija)

γb, sv = ,�,� ��,� (kg/m

3) Mb,sv = masa svežeg betona u kalupu dobijena merenjem ili Mb,sv = Mk+b – Mk (kg); Vb,sv = zapremina kalupa (m3)

Što je zapreminska masa veća (postiže se pravilnim izborom betonske mešavine i zbijanjem), dobijaju se kompaktniji betoni sa visokim nivoom fizičko-mehaničkih

svojstava.

Betoni uobičajenih zapreminskih masa: u očvrslom stanju zapreminska masa je izmedju 1900 i 2500 kg/m3

Sadržaj vazduha:

Posebnom aparaturom koja se zasniva na Bojl Mariotovom zakonu odredjuje se Q zarobljenog ili uvučenog vazduha

Registruje se smanjenje zapremine zbijenog betona (snižava se nivo u kalupu) izloženog odredjenom pritisku; pritisak se ostvaruje putem jednostavne vazdušne pupme a

meri se manometrom; pod pritiskom vazduha većim od atmosferskog dolazi do smanjenja zapremine betona u kalupu; aparat je izbaždaren tako da sniženje nivoa vode

u cevi odgovara zapremini (u %) vazduha zaostalog u betonu nakon njegovog zbijanja u kalupu

6. TEHNOLOŠKA SVOJSTVA SVEŽEG BETONA: UGRADLJIVOST I OBRADLJIVOST, RASLOJAVANJE, KOHEZIVNOST

Ugradljivost i obradljivost označavaju sposobnost svežeg betona da primenom odredjenog postupka zbijanja (kompaktiranja) homogenom masom u potpunosti ispuni

sve prostore ograničene kalupom (oplatom); ocena ugradljivosti u obradljivosti se procenjuje na osnovu 3 pokazatelja i to: pokretljivosti, krutosti i povezanosti betonske

smeše

Na osnovu ovih parametara se definiše i konzistencija kao: kruta, slabo plastična, plastična i tekuća konzistencija svežeg betona

Faktori koji utiču na ugradljivost i obradljivost:

Odlučujuća uloga - sadržaj vode: pravilo konstantnog sadržaja vode – za odabrani granulometrijski sastav, pri odredjenoj temperaturi mešavine, u

uslovima kada je Q cementa od 200 - 450 kg/m3, konzistencija je samo u funkciji Q vode

Voda se troši na kvašenje zrna cementa i stvaranje cementne kaše i kvašenje zrna agregata i delimično upijanje. Q vode zavisi od vrste i krupnoće agregata

kao i

od vrlo finih – prašinastih i glinovitih čestica; apsorpciona sposobnost agregata se povećava sa njegovom ukupnom P (što je agregat sitniji,

potrebna je veća Q H2O.)

dodatkom aditiva, Q vode se menja kao i kod > Q cementa

pokretljivost zrna agregata koji obezbedjuju pakovanje (zavisi od oblika i površine zrna agregata, od stepena „podmazanosti“ zrna (od Q cementne kaše)

količine cementa (ako značajnije prelazi granicu od 400 kg/m3)

Raslojavanje: posledica nehomogenosti betonske smeše kada dolazi do izdvajanja H2O, do segregacije (taloženja) krupnijih zrna agregata i sl. Ako ne postoji dovoljna

povezanost agregata, cementa i vode, tokom transporta i ugradjivanja, lako se može narušiti homogenost betona. Prvenstveno se odnosi na smeše sa većom Q H2O

(prilikom potresa dolazi do zbližavanja krupnijih agregata i izdvajanja vode ka površini. Suvišna voda se može sakupljati i ispod zrna krupnog agregata stvarajući džepove.

Sve ove pojave pogoršavaju strukturu i svojstva betona. Raslojavanje odnosno segregacija se može izbeći upotrebom odrdjene Q sitnog agregata (peska) – popunjavaju

prostor izmedju zrna agregata i povećavaju viskoznost cementne kaše.

Kohezivnost:

7. STRUKTURA BETONA: FORMIRANJE STRUKTURE I ČVRSTOĆA BETONA, TIPOVI STRUKTURE, ZNAČAJ KONTAKTNOG SLOJA IZMEDJU CEMENTNOG

KAMENA I ZRNA AGREGATA

Struktura je rezultat procesa hidratacije cementa i formira se nakon završetka ugradjivanja betonske mase;

U betonskoj smeši: Portland cement + H2O → cementna pasta (suspenzija) cementna pasta (suspenzija)+ hidratacija → cementni kamen

I etapa: etapa formiranja početne strukture (aluminatne) - etapa vezivanja cementa;

(usled vezivanja cementa, masa svežeg betona prelazi u čvrsto agregatno stanje)

vezivanje cementa započinje ubrzo po mešanju cementa sa vodom pri čemu nastaje delimično

rastvaranje čestica cementa i to samo po površini; traje oko 8-10 h

II etapa: postepeno formiranje strukture očvrslog betona koja je praćena povećanjem čvrstoće samog betona

Postepeno potiskivanje aliminatne strukture silikatnom (etapa intenzivnog očvršćavanja)

Traje nakon 10h do oko 28-og dana

III etapa: etapa stabilizacije strukture (silikatne); dostignuta čvrstoća betona tokom vremena se bitno ne menja

Silikatni kristali su stvarni nosioci čvrstoće cementnog kamena

Po hemijskoj gradji:

aluminatna struktura - nakon 8-10 h ceo volumen mešavine cement-voda je ispunjen igličastim kristalima;

silikatna struktura - hidratacijom C2S i C3S nastaju sitni kristali koji nakon 24h potiskuju aluminatnu strukturu a nakon 28 dana ona dominira u cementu (etapa

stabilizacije

silikatne strukture)

Po makrostrukturi: Tip I, Tip II i Tip III (opisano u makrostrukturi)

Hidrataciona toplota:

Tokom formiranja strukture betona, odnosno tokom hidratacije dolazi do promene temperature u betonskom elementu u odnosu na temperaturu betona pri

ugradjivanju

Promena temperature bitno zavisi od dimenzija konstrukcijskih elemenata

Porast T u masi betona posle n dana: ∆Tb = �./�.

��.� .��

Qnc (J/kg)= toplota hidratacije cementa pri starosti betona n dana; Sc = 0.84 J/gr; Sv = 4.2 j/gr (spec.toplptni kapacitet cementa i vode)

Cementni kamen (gel): uvek su prisutne pore veličine (1-3) ∙ 10-7

ispunjene vodom → gelska voda; ona je neizbežna

zapreminskom kontrakcijom cementnog gela stvaraju se nove pore – pore usled kontrakcije koje su iste veličine kao i pore u gelu

Vodocementni faktor: mv / mc

Teorijski odnos koji odgovara potpunoj hidrataciji: mv / mc = 0.38 – 0.42 (usvaja se srednja vrednost od 0.4) celokupna masa cementne paste će se transformisati u gel

Pri odnosu mv / mc = 0.4: teorijski, sav cement je hidratisan i αh = 1 (u praksi nikada nije sav cement hidratisan već najviše 80-90%)

Nehidratisani cement u Q od 10-20% ne utiče bitno na karakteristike betona

samo 60% prisutne vode se vezuje za cement a 40% nakon hidratacije ostaje slobodno u porama gela;

dobija se cementni gel koji sadrži 30% pora

kapilarna poroznost pk = 0

Pri odnosu mv / mc < 0.4: postoji manjak vode, deo cementa ostaje nehidratisan;

Kapilarna poroznost se anulira pk = 0

Pri odnosu mv / mc > 0.4: deo H2O neće učestvovati ni u hidrataciji ni u stvaranju pora u gelu;

nakon isparenja viška vode u cementnom kamenu ostaju kapilarne pore veličine oko 10mm (znatno krupnije od gelskih pora),

to je cementni kamen povećane poroznosti koja utiče na neke osobine betona

Stepen hidratacije cementa αh: odnos mase cem. koja je transformisana u gel (cemet. kamen) i mase cem. koja je ušla u sastav cementne paste (ima vrednosti od 0-1)

Pri potpunoj hidrataciji cementa αh = 1; kod cementne paste αh = 0

U praksi nikada nema potpune hidratacije cementa već je najviše obuhvaćeno 80-90% mase cementa; 100% su hidratisana uglavnom sitnija zrna

Nehidratisani cement u praksi ne utiče bitno na svojstva cementnog kamena (obavijen je kristalnim zidom a samo jezgro unutra je od cementa)

Kontaktni sloj:

Širina kontaktnog sloja iznosi oko 0.03-0.06mm (2-3 prečnika zrna cementa)

Povezivanje zrna agregata sa cem.kamenom je tesno povezana sa migracijom Ca(OH)2 koji nastaje kao jedan od produkata hidratacije cementa

On se u velikoj Q deponuje oko zrna agregata, delom kristališe a delom prelazi u CaCO3

Ovi produkti uslovljavaju pojavu Vandervalsovih sila kao – osnovni faktor adhezije izmedju zrna agregata i cem.kamena

Ovaj kontaktni sloj ima veću poroznost i od ostale mase cem.kamena, uslovljava veću vodopropustvljivost u odnosu na cem.kamen i agregat i naziva se „tranzitnom

zonom“

Čvrsoća veze agregat-cem.kamen zavisi još od: prirode agregata, njegove poroznosti, rapavosti površine, ćistoće površine

zrna

Adhezija utiće na: čvrstoću, vodonepropustljivost, otpornost na mraz, termičku stabilnost

Zaprljanost glinenim filmom (rečni a.) ili prašinom (drobljeni a.), veza biva ugrožena, čvrstoća betona se povećava do

odredjene granice a potom stagnira

8. MAKRO – STRUKTURA I MIKRO – STRUKTURA BETONA

Na nivou makrostrukture, u betonu se izdvajaju 2 elementa: agregat i cementni kamen; ozirom na to, struktura betona je nehomogena a po tipu konglomeratična

U masi očvrslog betona moguće je jasno izdvojiti i kvantifikovati pojedine makrostrukturne elemente polazeći od jednačine zapremine:

va,a + va,cp + vp = 1

gde su: va,a = apsolutna zapremina zrna agregata; va,cp = apsolutna zapremina zrnaca cementa; vp = zapremina zaostalih ili namerno uvučenih pora vazduha

Makrostruktura betona se može izraziti u vidu odnosa agregata i cementnog kamena u masi betona

Struktura I: zrna agregata su na znatnom medjusobnom rastojanju, medjudejstvo izmedju zrna praktično ne postoji;

oni utiču samo na cementi kamen koji je neposredno okolo; odlučujući uticaj na beton ima svojstvo cementa

struktura II: cementnog kamena je manje, ispunjava prostor izmedju zrna ali ga ima u tankom sloju na mestu

kontakta dva zrna; ovaj sloj iznosi obično 1-3 prečnika zrna cementa (0.03-0.06mm); zone dejstva zrna agregata se

preklapaju

i javljaju se dopunski efekti trenja; većina osobina betona zavisi i od agregata i od cementa

struktura III: postoji manjak cementnog kamena; on samo u tankomk sloju obavija zrna agregata dok medjuprostor

ispunjava samo mestimično; odlučujući uticaj na svojstva betona imaju svojstva cement

Konstrukcijski betoni najčešće imaju strukture bliske tipu II. Beton visokih fizičko-mehaničkih karakteristika: uz optimalni stepen upakovanosti zrna agregata, cementni

kamen ne samo da obavija zrna već i ispunjava sve praznine izmedju njih. Za pakovanje je bitan granulometrijski sastav (referentne granulometrijske krive,

diskontinuirane granulometrijske kompozicije). Ostvariti optimalno nisku poroznost cementnog kamena (najmanja moguća Q vode koja obezbedjuje efikasno

ugradjivanje), agregat mora imati dovoljnu čvrstoću i da je sam po sebi praktično apsolutno kompaktan.

Mikrostruktura – definisanje unutrašnje strukture elemenata (njihove poroznosti)

Vrste pora u cementnom kamenu:

Cementni kamen (gel): uvek su prisutne pore veličine (1-3) ∙ 10-7 ispunjene vodom → gelska voda; ona je neizbežna


Kapilarne pore (za mv / mc > 0.4): nakon isparenja viška vode u cementnom kamenu ostaju kapilarne pore veličine oko 10mm

većina svojstava cementnog kamena zavisi od kapilarne poroznosti

Zaostala poroznost: posledica raznih posebnih faktora ( neefikasno ugradjivanje, primena aeranata i dr) a ne bi trebala da bude veća od 5-6%

Poroznost betona – bitna je poroznost pojedinih elemenata makrostrukture

Ako je zadovoljen uslov apsolutne kompaktnosti zrna agregata – agregat nema uticaja na ukupnu poroznost niti je bitan za eventualno upijanje vode,

najveći udeo u ukupnoj poroznosti betona imaće pore u cementnom kamenu, takodje, u ukupnoj poroznosti betona su od značaja pore koje se stvaraju pri

upotrebi aeranata

(medjutim, jedan deo vode se gubi na kvašenje agregata (na kraju je niži vodocementni faktor nego što je polazna vrednost)

pri višim vodocementnim faktorima, deo vode ostaje = zarobljen ispod krupnih zrna agregata, slabija je veza izmedju ovih zrna i cementa – mikroprsline)

Ukupna poroznost cementnog gela u jedinici Vbet.: PG = 0.016 αhmc + 0.006 αhmc = 0.022 αhmc (%) (za mc u kg)

(I član je „čista“ gelska poroznost; II član je poroznost usled zapreminske kontrakcije gela)

Zapremina cementnog gela (paste): vc.p. = vc + vv vc = zapremina cementa; vv = zapremina vode; vc.p. ≈ vc.k.

vc.p. = �.0. +

1·�.0 → (0.32 + ω) mc ∙ 10

-3

Izvodjenje: poroznost betona pb = pcp ∙ vcp pcp = poroznost cementne paste vcp = zapremina cementne paste

vc.p. = vc + vv = 3454 +

6·3457 → (0.32 + ω) mc ∙ 10

-3

gelska poroznost cementne paste: pg,cp = $,��8*$.+�� 1 ∙ 100% kapilarna poroznost cementne paste: pk,cp =

1:$.)$8*$.+�� 1 ∙ 100%

gelska poroznost betona: Pg,b = pg,cp ∙ vcp = ;,<<=>;."<� 6 ∙ 100% ∙ (0.32 + ω) mc ∙ 10

-3 = 0.022 αhmc (%)

kapilarna poroznost betona: Pk,b = pk,cp ∙ vcp = 6:;.?;=>;."<� 6 ∙ 100% ∙ (0.32 + ω) mc ∙ 10

-3 = 0.1mc (ω – 0.40αh)

zaostala poroznost betona: ∆pb = (1 - mc/γγγγcccc ---- mmmmaaaa/ γ/ γ/ γ/ γa a a a ---- mmmmvvvv//// γγγγvvvv�� · 100· 100· 100· 100

Ukupna poroznost betona: puk,b = pgel.b. + pk.b. + ∆pb

Kontaktni sloj:

Širina kontaktnog sloja iznosi oko 0.03-0.06mm (2-3 prečnika zrna cementa)

Povezivanje zrna agregata sa cem.kamenom je tesno povezana sa migracijom Ca(OH)2 koji nastaje kao jedan od produkata hidratacije cementa

On se u velikoj Q deponuje oko zrna agregata, delom kristališe a delom prelazi u CaCO3

Ovi produkti uslovljavaju pojavu Vandervalsovih sila kao – osnovni faktor adhezije izmedju zrna agregata i cem.kamena

Ovaj kontaktni sloj ima veću poroznost i od ostale mase cem.kamena, uslovljava veću vodopropustvljivost u odnosu na cem.kamen i agregat i naziva se „tranzitnom

zonom“

Čvrsoća veze agregat-cem.kamen zavisi još od: prirode agregata, njegove poroznosti, rapavosti površine, ćistoće površine

zrna

Adhezija utiće na: čvrstoću, vodonepropustljivost, otpornost na mraz, termičku stabilnost

Zaprljanost glinenim filmom (rečni a.) ili prašinom (drobljeni a.), veza biva ugrožena, čvrstoća betona se povećava do

odredjene granice a potom stagnira

9. POROZNOST BETONA: DATI IZRAZE ZA SVE VRSTE POROZNOSTI BETONA I POSTUPAK DOBIJANJA IZRAZA ZA ONAJ DEO UKUPNE POROZNOSTI

KOJI JE POSLEDICA POROZNOSTI CEMENTNOG KAMENA

Najveći udeo u ukupnoj poroznosti betona imaju pore u cementnom kamenu. Osnovnu masu cementnog kamena čini cementni gel.

Ukupna poroznost cementnog kamena koja se u opštem slučaju sastoji od gelske i kapilarne poroznosti, može biti velika. Medjutim, većina svojstava cementnog kamena

zavisi od kapilarne poroznosti




Ukupna poroznost cementnog gela: PG = 0.016 αhmc + 0.006 αhmc = 0.022 αhmc (%)


Kapilarna poroznost (za mv / mc > 0.4): nakon isparenja viška vode u cementnom kamenu ostaju kapilarne pore veličine oko 10mm


Za vrednost mv / mc ≤ 0.4 → Pk = 0



vc.p. = �.0. +

1·�.0 → (0.32 + ω) mc ∙ 10

-3


vc.p. = vc + vv = 3454 +

6·3457 → (0.32 + ω) mc ∙ 10

-3


1:$.)$8*$.+�� 1 ∙ 100%


-3 = 0.022 αhmc (%)


-3 = 0.1mc (ω – 0.40αh)

zaostala poroznost betona: ∆pb = (1 - mc/γγγγcccc ---- mmmmaaaa/ γ/ γ/ γ/ γa a a a ---- mmmmvvvv/ γ/ γ/ γ/ γvvvv�� · 100· 100· 100· 100


10. UKUPNA POROZNOST BETONA: IZRAZI ZA SRAČUNAVANJE GELSKE, KAPILARNE I UKUPNE POROZNOSTI, VEZA SA POROZNOŠĆU CEMENTNOG

KAMENA

Gelska poroznost: Cementni kamen (gel) - uvek su prisutne pore veličine (1-3) ∙ 10-7 ispunjene vodom → gelska voda; ona je neizbežna




Kapilarna poroznost: nakon isparenja viška vode u cementnom kamenu ostaju kapilarne pore veličine oko 10mm (za mv / mc > 0.4)





Najveći udeo u ukupnoj poroznosti betona imaju pore u cementnom kamenu. Osnovnu masu cementnog kamena čini cementni gel. Ukupna poroznost cementnog

kamena koja se u opštem slučaju sastoji od gelske i kapilarne poroznosti, može biti velika. Medjutim, većina svojstava cementnog kamena zavisi od kapilarne poroznosti





Kapilarna poroznost (za mv / mc > 0.4): nakon isparenja viška vode u cementnom kamenu ostaju kapilarne pore veličine oko 10mm





vc.p. = �.0. +

1·�.0 → (0.32 + ω) mc ∙ 10

-3


vc.p. = vc + vv = 3454 +

6·3457 → (0.32 + ω) mc ∙ 10

-3


1:$.)$8*$.+�� 1 ∙ 100%


-3 = 0.022 αhmc (%)


-3 = 0.1mc (ω – 0.40αh)

zaostala poroznost betona: ∆pb = (1 - mc/γγγγcccc ---- mmmmaaaa/ γ/ γ/ γ/ γa a a a ---- mmmmvvvv/ γ/ γ/ γ/ γvvvv�� · 100· 100· 100· 100


11. OSNOVNI ZAKONI ČVRSTOĆE BETONA

Zavisnost čvrstoće betona i Q H2O (pri const. sadržajima cementa, agregata; isti postupak ugradjivanja):

Zona a: nedovoljno kompaktan beton krute (suve) konzistencije

Zona b: > Q H2O (porast vodocementnog faktora) → plastičniji beton, bolja ugradljivost i obradljivost, čvrstoća se povećava

Pri optimalnim Q H2O dostiže svoj maksimun

Zona c: dalje > Q H2O → smeša sve plastičnija, efikasno se ugradjuje ali čvrstoća opada jer ukupna poroznost raste

Zona d: vrlo tečne mešavine, pojava segregacija i još veće smanjenje čvrstoće

Funkcionalna povezanost čvrstoće betona pri pritisku fp vodocementnog faktora (ω): postoji više formula, uglavnom za starost betona od 28 dana

Formula Beljajeva: fk,28 = I�.

�·�1�(,# fpc = klasa cementa; k = parametar koji zavisi od vrste agregata (rečni = 4; drob. = 3.5)

Formula Ferea: fk,28 = �

�(�1·0�.0� �� ϒsc = spec.masa cementa; ϒsv = spec.masa vode;

k = parametar koji zavisi od klase cementa (k=250 za cement PC 32,5; 320 za PC42,5)

Formula Bolomeja: fk,28 =A ∙ fpc ((1 - 0.5) A = koeficijent od 0.55-0.65 (u zavisnosti od MB i granulometr.sastava agregata))

Formula Skramtajeva: fk,28 =A ∙ fpc ((1 - 0.5) za

K6 ≤ 2,5 tj. ω ≥ 0.40 fk,28 =A ∙ fpc (

(1 - 0.5) za

K6 ≥ 2,5 tj. ω ≤ 0.40

Puna linija – portland cement

Isprekidana linija – portland sa dodacima (sporiji prirast čvrstoće)

Pri starosti od 28 dana čvrstoća oba betona se neće bitno razlikovati

čvrstoća u 28.danu je oko 70-80% čvrstoće za t→∞

Kriva 1: beton koji očvršćava pod normalnim uslovima

Kriva 2: beton izložen T 85oC

Kriva 3: beton pri t 175oC i pod P 0.8 MPa

Na brzinu porasta čvrstoće se može uticati raznim aditivima ili raznim vidovima termičke obrade

(nisu svi pogodni za terničku obradu)

12. ČVRSTOĆA BETONA PRI PRITISKU I MARKA BETONA: ZNAČAJ ČVRSTOĆE PRI PRITISKU ZA PRIMENU BETONA I RAZLIKA IZMEDJU POJMOVA

„ČVRSTOĆA PRI PRITISKU“ I „MARKA BETONA“

Čvrstoća betona pri P se definiše kao prosečan napon u uzorku izloženom aksijalnom P pri sili loma a za slučaj betona odredjene starosti.

Marka betona je normirana (uslovna) čvrstoća betona pri P izražena u MPa koja se dobija ispitivanjem betonskih kocki dimenzija 20x20x20cm, a koja se zasniva na

karakterističnoj čvrstoći koja odgovara fraktilu p=10%. Kocka se ispituje pri starosti od 28 dana a njeno spravljanje i nega moraju da budu u skladu sa Pravilnikom o

tehničkim normativima za beton i armirani beton.

Za konstrukcije i elemente u oblasti betonskih i armirano-betonskih konstrukcija upotrebljavaju se marke betona 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 i 60.

Betoni marke > 60 tretiraju se kao specijalni betoni

Konstrukcije od armiranog betona – ne koriste se marke betona < 15

Konstrukcije od prednapregnutog betona – ne koriste se marke betona < 30

13. MARKA BETONA I NJENO DOKAZIVANJE, VEZA SA KLASOM BETONA (C) PREMA, NOVIM, VAŽEĆIM EN STANDARDIMA

Marka betona je normirana (uslovna) čvrstoća betona pri P izražena u MPa koja se dobija ispitivanjem betonskih kocki dimenzija 20x20x20cm, a koja se zasniva na

karakterističnoj čvrstoći koja odgovara fraktilu p=10%.

Karakteristična čvrstoća pri pritisku je vrednost ispod koje se može očekivati najviše 10% svih čvrstoća pri pritisku ispitanog betona (10%-ni fraktil)

U odnosu na broj uzoraka koji se ispituje, pri definisanju MB primenjuju se 3 različita kriterijuma:

Kriterijum 1: partije betona od 3,6,9,12 ili 15 uzoraka n < 15

Svaki skup (partija) od po 3 rezultata (uzorka) mora da ispuni sledeća 2 uslova:

m3 ≥ MB + k1 m3 = aritmetička sredina 3 uzastopna rezultata ispitivanja čvrstoće

x1 ≥ MB – k2 (MPa) x1 = najmanji od 3 posmatrana rezultata

za uhodanu proizvodnju: k1 = k2 = 3 MPa za neuhodanu proizvodnju: k1 = 4 MPa; k2 = 2 MPa

Kriterijum 2: partije betona od 10 ≤ n ≤ 30

poznata standardna devijacija Sn = Sn0 (odredjena ranijim ispitivanjima na većem broju uzoraka n0 ≥ 30)

n rezultata ispitivanja mora da ispuni sledeće uslove:

mn ≥ MB + 1.2 ∙ Sn0 (MPa) mn = srednja vrednost ispitivanja

x1 ≥ MB – 4 (MPa) x1 = najmanja vrednost rezultata

Kriterijum 3: partije betona od 10 ≤ n ≤ 30 (velike partije betona)

standardna devijacija Sn = Sn0 nije poznata

n rezultata ispitivanja mora da ispuni sledeće uslove:

mn ≥ MB + 1.3 ∙ Sn (MPa) Sn = L∑ �3N: OP�QNPRSTU mn = srednja vrednost ispitivanja

x1 ≥ MB – 4 (MPa)

Prema EN standardu čvrstoća betona se označava kao npr: C 20/25 gde je: prva vrednost fc,15/30 = čvrstoća cilindra odredjenih dimenzija (15/30)

druga vrednost fk,15 = čvrstoća kocke stranice 15cm

Uzorci po EN se ispituju pri starosti od 28 dana a karakteristična vrednost odgovara fraktilu od 5% (najviše 5% uzoraka može da podbaci traženu vrednost)

Po JUSU čvrstoća betona ispituje na kocku stranice 20 cm (fk,20 ) sa dozvoljenim fraktilom od 10%, za starost 28 dana.

Za konverziju MB po JUSU na EN standard kocke od 15 cm (fk,15), koristi se odnos: f k,20 /f k,15 = 0.95. Za konverziju MB po JUSU na EN standard cilindra od 15/30 cm (fc ,15/30), koristi se odnos: f k,20 /f c, 15/30 = 1.20

14. MARKA BETONA, KLASA BETONA (PREMA BAB 87) I VRSTA BETONA, PARTIJE BETONA

Marka betona je normirana čvrstoća pri pritisku u MPa koja se zasniva na karakterističnoj čvrstoći pri starosti betona od 28 dana

Karakteristična čvrstoća pri pritisku je vrednost ispod koje se može očekivati najviše 10% svih čvrstoća pri pritisku ispitanog betona (10%-ni fraktil)

Čvrstoća pri pritisku se ispituje prema standardima JUS-a

Klasa betona se označava u projektnoj dokumentaciji i obuhvata ili samo MB ili MB i druga svojstva propisana u čl.19 PBAB-87

Vrsta betona je klasa betona utvrdjenog sastava. Tako betoni iste klase a različitog sastava čine više različitih vrsta betona (klasa b. MB 30, otpornost na mraz M-50;

vrste u okviru ove klase: vrsta 1: za temelje – max.zrno agregata 63mm; vrsta 2: za ostalo – max.zrno agregata 32mm)

Partija betona (po čl.37 PBAB-87) je količina betona iste klase i vrste koja se priprema i ugradjuje pod istim uslovima a odnosi se :

na beton ugradjen u iste konstruktivne elemente ili u više konstruktivnih elemenata jednog objekta

na beton ugradjen u elemente objekta u odredjenom periodu

partija betona je definisana količinom betona, brojem uzoraka za dokazivanje marke betona

Q betona u 1 partiji ne treba da bude veća od Q koja se može ugraditi za mesec dana

broj uzoraka koji se odnosi na jednu partiju betona ne može biti < od 3 niti > od 30.

15. ČVRSTOĆA BETONA: ISPITIVANJE ČVRSTOĆE PRI PRITISKU (UZORCI, OPREMA ZA ISPITIVANJE, NAČIN ISPITIVANJA, PRAVAC DELOVANJA I

BRZINA NANOŠENJA OPTEREĆENJA)

Čvrstoća betona pri pritisku je po našim propisima onovni pokazatelj kvaliteta betona (ispitivanje najjednostavnije, pokazatelj i drugih svojstava)

Obavezno se ispituje za sve vrste betona a na osnovu rezultata vrši se i dokazivanje marke betona MB

Ispituje se na uzorcima uzetim iz sveže betonske mase a nekada i na isečenim iz očvrslog betona; najmerodavniji rezultati se postižu na prizmatičnim odnosno

cilindričnim uzorcima (vrednost h/a = 3 se najčešće usvaja kao minimalna za definiciju prizme odnosno cilindra); vrednost čvrstoće zavisi i od apsolutnih mera uzorka (sa

povećanjem dimenzija uzorka smanjuje se čvrstoća)

U praksi se najčešće primenjuje uzorak oblika kocke dimenzije 20x20x20 cm (normni uzorak za definisanje MB); kod primene različitih, nestandardnih oblika uzoraka,

primenjuju se odgovaraju koeficijenti konverzije

Ispitivanje se vrši u hidrauličnim presama postupnim opterećenjem do loma betonskog tela; brzina nanošenja opterećenja treba da iznosi 0.6 ± 0.4 Mpa/s (ostvarivanje

prirasta napona od 0.2 – 0.8 Mpa/s); za poredjenje se najčešće usvajaju čvrstoće koje odgovaraju vremenu t = 2min

Uzorak se stavlja izmedju dve čelične ploče (jedna je sa sferičnim (zglobnim) oslanjanjem; uzorci oblika kocke ili prizme se opterećuju upravno na pravac zbijanja a

cilindrični uzorci u pravcu zbijanja; gornja osnova cilindra u sloju debljine 0.5 – 2 cm ima nižu čvrstoću od one u masi cilindra tako da treba izbegavati cilindre uzete iz

sveže betonske mase ili otsecanjem eliminisati gornji sloj.

Na rezultsate ispitivanja utiču i:

brzina nanošenja opterećenja (veća brzina – veća čvrstoća i obrnuto);

glatkost naležućih površina (efekat trenja na stanje naprezanja veće trenje-veća čvrstoća i obrnuto); visina uzorka pri istom

poprečnom preseku (uzorak veće visine-u srednjem delu se gube smičući naponi i njihov efekat na povećanje čvrstoće pri

pritisku)

Pre samog ipitivanja se vrši merenje mase uzorka (odredjivanje zapreminske mase betona)

Čvrtoća pri pritisku: I� = VW (MPa ili N/mm2) odnosno jednaka je količniku sile pri lomu i površine F preko koje se prenosi

opterećenje

16. ČVRSTOĆA BETONA: OSNOVNI FAKTORI UTICAJA VEZANI ZA SASTAV MEŠAVINA, ODNOS ČVRSTOĆE BETONA PRI ZATEZANJU I PRITISKU

Na čvrstoću betona utiču:

Agregat: ne utiče na čvrstoću ako je čvrstoća agregata za oko 2,0% veća od tražene čvrstoće betona

ne utiče na čvrstoću betona ako je sadržaj agregata u !"betona < od 0,8!"

smanjenje sadržaja krupnog agregata vodi ka smanjneju čvrstoće betona (veća je Q cementne paste sa mogućnošću stvaranja većeg % pora i većeg

zadržavanja mehurića vazduha

zaprljanost površine zrna agregata glinenim filmom (rečni agregat) ili prašinom (drobljeni) dovodi do smanjenja adhezije i samim tim čvrstoće betona

Q vode: manja Q vode → nedovoljno kompaktan beton suviše krute (suve) konzistencije sa manjom čvrstoćom

Optimalna Q vode (porast vodocementnog faktora) → plastičniji beton sa povećanjem čvrstoće

Dalje povećanje vode → još plastičnija (tečnija) mešavina koja se efikasno ugradjuje ali je manje čvrstoće pošto ukupna poroznost raste

Velika Q vode → još veće opadanje čvrstoće betona zbog pojave segregacije

Cement: ako se traže betoni viših kvaliteta (čvrstoća), koriste se cementi viših klasa (klasa 45 i 55)

Niži kvažiteti betona koriste i cemente nižih kvaliteta (25 i 35)

Cementi viših klasa 35B i 45B treba koristiti u uslovima kada se zahteva veća čvrstoća betona u srazmerno kraćem roku

Čvrstoća betona pri zatezanju zavisi od: stanja površine agregata, sadržaja cementa, vodocementnog faktora, tehnoloških postupaka spravljanja, ugradjivanja i nege

betona

Stanje površine agregata: drobljeni agregat → adhezija izmedju zrna agregata i cementnog kamena je veća od adhezije koja postoji kod rečnog pa betoni sa

drobljenim agregatom ijau veću čvrstoću na zatezanje

Cement: povećanjem sadržaja cementa, povećanje čvrstoće betona na zatezanje se povećava u manjoj meri od čvrstoće na pritisak

Voda: povećanjem vodocementnog faktora, čvrstoća betona na zatezanje procentualno manje opada nego čvrstoća na pritisak

Vremenski faktor: u prvih 28 dana postiže se oko 80% konačne čvrstoće pri zatezanju (srazmerno intenzivan porast čvrstoće pri zatezanju tokom prvih 28

dana)

Čvrstoća betona pri zatezanju višestruko je niža od čvrstoće pri pritisku: k=XY XZ⁄

17. ČVRSTOĆA PRI PRITISKU BETONA: FAKTORI UTICAJA KOJI SU VEZANI ZA SAM POSTUPAK ISPITiVANJA

Faktori koji tokom samog ispitivanja utiču na čvrstoću betona su:

Glatkost naležućih površina: sile trenja u uzorcima izazivaju složena naponska stanja (smičući naponi); smanjenje trenja podmazivanjem ili umetanjem tankih ploča nije

dalo zadovoljavajuće rezultate (drastično se smanjivala vrednost čvrstoće)

Uticaj visine uzorka: kod uzoraka veće visine (pri istom poprečnom preseku) u srednjem delu visine se gube smičući naponi i njiihov uticaj na povećanje čvrstoće

Uslov je da: h/a = 3 (najčešće usvaja kao minimalna kod cilindričnog ili prizmatičnog uzorka pri kojima nema značajne promene čvrstoće)

Apsolutne mere uzorka: povećanjem dimenzije uzorka smanjuje se čvsrtoća

Cilindri kao uzorci: gornja osnova cilindra u sloju debljine 0.5 – 2 cm ima nižu čvrstoću od one u masi cilindra tako da treba izbegavati cilindre uzete iz sveže betonske

mase

ili otsecanjem eliminisati gornji sloj

Brzina nanošenja opterećenja: (veća brzina – veća čvrstoća i obrnuto); brzina nanošenja opterećenja treba da iznosi 0.6 ± 0.4 Mpa/s

(ostvarivanje prirasta napona od 0.2 – 0.8 Mpa/s); za poredjenje se najčešće usvajaju čvrstoće koje odgovaraju vremenu t = 2min

Postupak ugradjivanja betona i režim nege uzorka

Odnos najmanje dimenzije uzorka i nominalno najkrupnijeg zrna u mešavini (cilindri koji se vade iz konstrukcija, odnos je najmanje 3

a kod uzoraka koji se posebno betoniraju odnos je najmanje 4)

Agregat: ako je čvrstoća agregata za oko 2% veća od tražene čvrstoće betona, njegov uticaj na čvrstoću praktično ne postoji

Utiče na čvrstoću ako je njegov sadržaj u m3 betona manji od 0.8 m3.

Zastupljenost najkrupnije frakcije agregata: smanjenje sadržaja krupnog agregata – odredjeno smanjenje čvrstoće betona (zbog veće

Q cementne paste sa većom mogućnošću stvaranja pora i zadržavanja mehurića vazduha, naročito pri neadekvatnom ugradjivanju betona)

18. ČVRSTOĆA PRI ZATEZANJU BETONA: NAČIN ISPITIVANJA I VELIČINA ČVRSTOĆE BETONA PRI ZATEZANJU

Ispitivanje čvrstoće pri zatezanju je složeniji nego ipitivanje čvrstoće pri pritisku jer je teško obezbediti homogeno stanje zatezanja uzorka.

Čvrstoća pri zatezanju zavisi od stanja površine agregata (drobljeni agregat→> adhezija zrna agregata i cementnog kamena→ > čvrstoća pri zatezanju; rečni < fz)

Postoje 3 postupka ispitivanja:

Ispitivanje direktnim aksijalnim zatezanjem: vrši se na cilindričnim „oslabljenim“ uzorcima; Homogenost zatezanja se obezbedjuje zglobnim oslanjanjem u kidalici.

Ovako dobijene vrednosti čvrstoće fz su najmerodavnije za ovu osobinu betona I� [ )V�$ � \ ;

Čvrstoća betona pri zatezanju višestruko je niža od čvrstoće pri pritisku: k=XY XZ⁄ ; ovaj odnos nije linearan, veći je za niže

vrednosti fp i obrnuto

Ispitivanje cepanjem putem linijskog pritiska: uzorak je opterećen

složenim naponskim stanjem (naponi pritiska i naponi zatezanja)

Uzorak je cilindričan, dužine l i prečnika d; na njega se, preko

čeličnih podmetača, deluje linijskim pritiskom po dve suprotne

izvodnice; naponi pritiska su najmanje 3 puta veći od napona

zatezanja a kako je čvrstoća na zatezanje oko 8-15x niža, uzorak se

cepa po približno vertikalnom pravcu;

čvrstoća je definisana izrazom: I�. [ �V\��

dobijene vrednosti čvrstoće betona (XY]� na ovaj način su veće za oko 15-20% u odnosu na čvrstoću dobijenu direktnim

zatezanjem pa se može uzeti da je: fz⁄(fzc=0,85)

Ispitivanje savijanjem: redje se primenjuje zbog složenog izračunavanja tačnih vrednosti; koriste se najmanje 3 prizmatična uzorka dužine L koja iznosi 4d (d je stranica kvadratnog poprečnog preseka i

iznosi 100, 150, 200, 250 i 300mm), uzorci se postavljaju na dva oslonca čija je medjusobna razdaljina 2,5 x

veća od visine prizme h. Širina poprečnog preseka je d (najčešće je b=h=d)

I�� ^,�*� (M moment sile pri lomu); uz pretpostavku o linearnom dijagramu, dobijena vrednost fs

je znatno veća od fz tj: fs = (1.7-2.2) fz

I�� [ �V�+�*� (savijanje silom u sredini raspona); I�� [ V�

�*� (savijanje sa dve sile u trećinama raspona)

19. VODONEPROPUSTLJIVOST BETONA; NAJVAŽNIJI FAKTORI UTICAJA, ISPITIVANJE

Vodonepropustljivost (VDP) je osobina materijala da pod unapred odredjenim pritiskom kroz sebe ne propušta vodu

Često se ceni na osnovu koeficijenta filtracije: kf = � ·� ·∆� ·� (m/h)

kf = zapremini vode (Vv) u m3 koja prodje kroz element debljine a = 1m, površine S = 1m2 pri razlici hidrostatičkog pritiska na dvema graničnim površinama

∆p=1m vodenog stuba a za vreme 1h

Propustljivost betona za vodu zavisi od:

Stepena hidratacije cementa

Poroznosti cementnog kamena

Strukture pora

Pojedinačnih svojstava cementa i agregata

Mikrokapilari: veličine < 10-7 mm, to su gelske pore, praktično nepropustljive za vodu

Makrokapilari: veličine > 10-7 mm (kapilarne pore); nastaju u cementnom kamenu kada je ω>0.40;

imaju moć upijanja i propuštanja vode usled pritiska, kapilarnog penjanja, osmotskog efekta i sl.

Vodonepropustljivost zavisi od: ukupne zapremine kapilarnih pora, njihovog rasporeda, karaktera

poroznosti (otvorena – komunikacija izmedju pora i sa spoljašnjom sredinom ili zatvorena), postojanja

eventualnih mikroprslina /izazvane skupljanjem ili termičkim uticakima), vremen odnosno starosti betona

(VDP 100% usvojena vrednost pri starosti od 30 dana)

Na vodonepropustljivost može se uticati: smanjenjm vodocementnog faktora, stepenom hidratacije

cementa, efikasnim ugradjivanjem (min.Q zaostalih vazdušnih mehurića), primena aditiva zaptivača ili

plastifikatora

Ispitivanje: prema važećim domaćim standardima koriste se kocke ivica 15 ili 20 cm,

cilindri 15x15cm (izvadjeni iz konstrukcije) ali se mogu praviti i od svežeg betona

Starost najmanje 28 dana; 7 dana pre ispitivanja uzorak treba da bude u prostoriji na t

oko 20oC i vlažnosti prostorije oko 65%

U kalupima su sa zaptivenim prostorima sa strane

Sa donje strane, uzorci se izlažu pritiscima vode (tokom 4 dana) i to:

48h - 1 bar; zatim 24h – 3 bara i još 24 h – 8 bari

Prema domaćim standardima, uzorci se nakon 4 dana izlaganju vodi, cepaju po sredini i na obe polovine se meri visina penjanja vode (zaokruženje na 5mm)

Betoni velike kompaktnosti: procenjuje se pri kojim pritiscima vode uzorci još uvek ne pokazuju propuštanje

Vodonepropustljivost se deklariše preko marki vodonepropustljivosti: V-2, V-4, V-6, V-8, V-12 (2,4,6,8,12 pokazuju pritiske u barima koje beton mora da zadovolji)

20. OTPORNOST BETONA PREMA DEJSTVU MRAZA: MEHANIZAM RAZARANJA, FAKTORI UTICAJA, NAČIN ISPITIVANJA

Otpornost prema mrazu: podrazumeva sposobnost betona da u stanju zasićenosti vodom podnese višekratno smrzavanje i odmrzavanje

U mikrokapilarima voda se ne mrzne ni do -70oC

Osnov neotpornosti na mraz kao i vodopropustljivosti čine:

kapilarne pore koje nastaju kao posledica vodocementnog faktora > 0.40

nekompatibilnost koeficijenta termičke dilatacije agregata i cementnog kamena je drugi osnovno faktor neotpornosti betona na mraz

razlog destrukcije betona su unutrašnji naponi u kapilarima usled širenja leda, čija je zapremina za 9% (knjiga 3%) veća od zapremine vode od koje nastaje

led deluje kao unutrašnje opterećenje na zidove pora izazivajući visoke napone zatezanja

dolazi prvo do nastanka sitnih a potom sve krupnijih prslina u materijalu usled čega se drobi i osipa gubeći čvrstoću

generalno, kompaktniji materijali su otporniji na desjtvo mraza

Faktori uticaja:

Više vrednosti vodocementnog faktora

Veća količina kapilarnih pora

Manja kompaktnost betona

Lošija tehnologija ugradjivanja

21. ISPITIVANJE OTPORNOSTI NA MRAZ I VODOPROPUSTLJIVOSTI BETONA: KLASE BETONA U POGLEDU OVIH SVOJSTAVA, UZORCI ZA ISPITIVANJE

(OBLIK, DIMENZIJE) I GENERALNE NAPOMENE O POSTUPCIMA ISPITIVANJA

Otpornost prema mrazu: podrazumeva sposobnost betona da u stanju zasićenosti vodom podnese višekratno smrzavanje i odmrzavanje

U mikrokapilarima voda se ne mrzne ni do -70oC

Vodopropustljivost je svojstvo materijala da usled poroznosti propušta kroz sebe vodu pod pritiskom.

Definiše se koeficijentom filtracije: kf = � ·� ·∆� ·� (m/h)

kf = zapremini vode (Vv) u m3 koja prodje kroz element debljine a = 1m, površine S = 1m

2 pri razlici hidrostatičkog pritiska na dvema graničnim površinama

∆p=1m vodenog stuba a za vreme 1h

Osnov neotpornosti na mraz kao i vodopropustljivosti čine:

kapilarne pore koje nastaju kao posledica vodocementnog faktora > 0.40

nekompatibilnost koeficijenta termičke dilatacije agregata i cementnog kamena je drugi osnovno faktor neotpornosti betona na mraz

razlog destrukcije betona su unutrašnji naponi u kapilarima usled širenja leda, čija je zapremina za 9% (knjiga 3%) veća od zapremine vode od koje nastaje

led deluje kao unutrašnje opterećenje na zidove pora izazivajući visoke napone zatezanja

dolazi prvo do nastanka sitnih a potom sve krupnijih prslina u materijalu usled čega se drobi i osipa gubeći čvrstoću

generalno, kompaktniji materijali su otporniji na desjtvo mraza

Dovoljna visoka otpornost prema mrazu postiže se primenom dovoljno niskih vodocementnih faktora (primenom superplastifikatora) kao i dodavanjem aeranata

Prema JUSU klase otpornosti betona na mraz: M-50; M-100; M-150; M-200; M-250; M-300

(brojevi označavaju broj ciklusa koje je beton izdržao do momenta kada su mu čvrstoća odnosno dinamički modul eleastičnosti smanjeni za najviše 25%)

Ispitivanje: destruktivnim postupcima (ispitivanje čvrstoće pri pritisku)

nedestruktivnim (ispitivanje dinamičkog modula elastičnosti putem rezonantne frekvencije)

Destruktivni postupak:

Uzorak: kocke ivice 15 ili 20cm: cilindri (kernovi) Φ 15 i visine 15cm izvadjeni iz konstrukcije

Klasa M-50: 9 uzoraka (6 etalonskih i 3 koja se izlažu mržnjenju i hladjenju)

Sve ostale klase: 15 uzoraka (9 etalonskih, 6 se izlažu)

Ispitivanje uzoraka koji se izlažu mržnjenju i topljenju:

prva 3 – po isteku 50 ciklusa manje od predvidjenog broja ciklusa (ako je prosečna čvrstoća uzorka za > 35% manja od

čvrstoće

etalona, ispitivanje se prekida, beton ne zadovoljava uslov)

druga 3 – nakon isteka celog broja ciklusa

Ispitivanje etalonskih uzoraka: prva 3 – na početku ispitivanja

druga 3 – nakon 50 ciklusa manje od predvidjenog broja ciklusa

treća 3 - nakon isteka celog broja ciklusa

Nedestruktivni postupak:

uzorak: 3 prizme 10/10/40 ili 12/12/36

Sve uzorke u oba postupka ispitivanja treba 4 dana pre početka ispitivanja staviti u vodu da budu potpuno potopljena (zasićenje vodom)

Na uzorcima od svežeg betona, ispitivanje počinje pri starosti najmanje 28 dana

Kernovi se ispituju pri starosti koja odgovara vremenu vadjenja ali ne pre 28 dana starosti

U toku dana mogu biti 2 ili 3 ciklusa (po 6+6h smrz-otap. Ili 4+4h)

Voditi računa o usporenom porastu čvrstoće betona tokom smrzavanja (čvrstoća etalonskih uzoraka koji celo vreme očvršćavaju u vodi na 20oC raste brže tako da se

odredjuje „ekvivalentna starost“ etalonskih uzoraka po formuli: te = ta + c∙n gde je c koeficijent zavistan od broja ciklusa u 24h, ta = starost uzorka na početku

ispitivanja, n = br.ciklusa

Kriterijumi: destruktivni metod: čvrstoća uzoraka izlaganih opitu nakon broja ciklusa za datu klasu, treba da iznosi najmanje 75% čvrstoće etalonskih uzoraka

Nedesruktivni metod: dinamički modul elastičnosti uzoraka podrvrgnutih ispitivanju za datu klasu, treba da iznosi najmanje 75% dinamičkih modula

elastičnosti istih uzoraka na početku ispitivanja

Ispitivanje otpornosti betona na dejstvo mraza i soli: NaCl – so za odmrzavanje

Postupak se sastoji u procesu smrzavanja i odmrzavanja uzoraka čija je gornja P prethodno podvrgnuta delovanju 3% NaCl

Ovakvi uzorci se podvrgavaju 25 puta naizmeničnom smrzavaju u trajanju od 16-18h na temperaturi od -20 a potom otapanju u trajanju od 6-8h na sobnoj

temperaturi

22. ISPITIVANJE BETONA METODOM ULTRAZVUKA: DEFEKTOSKOPIJA BETONA I OCENA ČVRSTOĆE BETONA

Metoda za ispitivanje betona bez razaranja

Od značaja je definisanje pouzdanih zavisnosti izmedju merenih fizičkih veličina i svojstva materijala, ove zavisnosti se dobijaju paralelnim ispitivanjem bez razaranja (na

gotovim konstrukcijama) i lab.ispitivanjem odredjenog svojstva betona na posebnim uzorcima (metodom sa razaranjem; najčešće se vade kernovi iz ispitivane

konstrukcije)

Kombinovanjem ovih metoda smanjuje se broj uzoraka koji se uzima iz konstrukcije a dobijene vrednosti služe za izračunavanje funkcionalne zavisnosti dobijenih

rezultata.

Matematičko definisanje te funkcionalne zavisnosti se sprovodi primenom metode najmanjih kvadrata uz odredjivanje standardne devijacije . Za dobijanje pouzdanih

zavisnosti potreban je veći broj uzoraka (koliki zavisi od ispitivane konstrukcije i značaja samog ispitivanja)

Jedna od najčešće primenjivanih metoda za ispitivanje čvrstoće betona; takodje se koristi u defektoskopiji, odredjivanju dinamičkog modula elastičnosti (potom

zapreminske mase, kompaktnosti, otpornosti na mraz i dr);

Zasniva se na merenju brzine prostiranja i promene brzine UZ talasa kroz beton; uredjaj se sastoji od mernog intrumenta, dve sonde (jedna predajnik a druga prijemnik

UZ talasa), kablova i kalibratora; koriste se predajnici UZ impulsa frekvence 50-150Hz; kako ova brzina zavisi od zapreminske mase i kompaktnosti betona, njene

vrednosti se kreću u rasponu od 2000-5000 m/s; smatra se da je brzina od 3500 m/s donja granica brzine za kvalitetne betone;

Čvrstoća betona će biti veća kod veće kompaktnosti (uslov: zadovoljavajuća adhezija izmedju zrna agregata i cementnog kamena); kako slaba adhezija nema uticaj na

kompaktnost, mogu se dobiti srazmerno velike brzine UZ koje ne odgovaraju stepenu čvrstoće betona

Brzina UZ takodje ne može da registruje veće čvrstoće u slučaju primene cementa viših klasa; kada se ne zna vrsta cementa, bolje je vaditi uzorke iz konstrukcije-kernove.

Funkcionalna zavisnost vrzine prostiranja UZ i čvrstoće betona pri pritisku se utvrdjuje eksperimentalno (oba načina na istom uzorku);

Oblici funkcije fp = fp(v) mogu da budu različiti;

Čini se da najbolje rezultate daje eksponencijalna funkcija oblika: fp(v)= a∙��

Ostali činioci koji utiču na brzinu UZ kroz beton:

Vlažnost betona daje nešto veće brzine UZ

Armatura prisutna u armirano-betonskim konstrukcijama (prethodno odrediti mesto armature pahometrom, pa sonde postaviti izmedju)

Defektoskopija: prisustvo defekata se može ustanoviti postupkom poredjenja brzina UZ registrovanih pri prolasku kroz pojedina područja betona

Brzina se razlikuje u zoni kompaktnog betona ili mesta gde se nalazi šupljina ili prskotina ispunjena vazduhom ili vodom

Za defektoskopiju je potrebno više puta menjati položaj predajnika i prijemnika

Putem UZ se mogu odrediti i dubine prslina koje se nalaze na P betona

23. ISPITIVANJE BETONA METODAMA POVRŠINSKE TVRDOĆE: OCENA ČVRSTOĆE PRI PRITISKU BETONA U KONSTRUKCIJI (IN SITU) PRIMENOM

OVIH METODA

odredjivanje orijentacione vrednosti čvrstoće betona; iz grupe ispitivanja bez razaranja

Ova metoda je zajedno sa metodom UZ, domaćim standardom usvojena kao zvanična metoda za naknadno definisanje čvrstoće betona tj, za ocenu MB u gotovim

konstrukcijama (in situ)

Za primenu ove metode (kao i drugih metoda ispitivanja bez razaranja) od najvećeg je značaja definisanje pouzdanih zavisnosti izmedju merenih fizičkih veličina i svojstva

materijala koje se želi ispitati. Ova zavisnost se dobija paralelnim ispitivanjem bez razaranja (najčešće na gotovim konstrukcijama) i laboratorijskim

ispitivanjem željenog sastava betona sa razaranjem na posebnim uzorcima

Uzorci (etalonski uzorci) se ili posebno za tu svrhu izradjuju od svežeg betona ili se što je češći slučaj vade iz ispitivane konstrukcije po okončanju

nedestruktivnog ispitivanja a dobijeni rezultati se matematički (funkcionalna zavisnost primenom metode najmanjih kvadrata) i statistički

obradjuju (relativna srednja devijacija)

24. METODE ISPITIVANJA POVRŠINSKE TVRDOĆE BETONA I OCENA ČVRSTOĆE PRI PRITISKU NA OSNOVU ISPITIVANJA POVRŠINSKE TVROĆE

odredjivanje orijentacione vrednosti čvrstoće betona; iz grupe ispitivanja bez razaranja

Ova metoda je zajedno sa metodom UZ, domaćim standardom usvojena kao zvanična metoda za naknadno definisanje čvrstoće betona tj, za ocenu MB u gotovim

konstrukcijama (u kombinaciji sa destruktivnim ispitivanjem kocki – primena kalibracione krive)

pored niza nedostataka, dosta se primenjuju

Nedostaci: merenje se vrši na površini elemenata gde beton nema iste karakteristike kao u unutrašnjosti zbog:

neizbežan efekat zida

nemogućnost dobrog vibriranja svežeg betona u relativno tankim zaštitnim slojevima betona izmedju armature i oplate

slabije nege (kvašenjem površina betonskih elemenata)

Velika disperzija rezultata zbog varijacije tvrdoće betona na različitim mestima na površini istog elementa

eliminiše se očitavanjem na većem broju mesta (20-25) u okviru unapred pripremljene ortogonalne mreže za svako merno mesto na elementu

ovako dobijen rezultat definiše se kao „indeks sklerometra“

u okviru skupa dobijenih rezultata može se potom izvršiti selekcija tj.odbacivanje ekstremnih veličine uz izračunavanje prosečne vrednosti

Kod nas se najčešće koriste 2 metode:

Metoda HPS: modifikovna Brinelova metoda za potrebe ispitivanja površinske tvrdoće odnosno čvrstoće betona pri pritisku

Podatak se dobija na bazi merenja prečnika otiska kuglice (Φ 10mm) na površini b. nakon udarca proizvedenog odredjenim udarnim radom

aparature

čvrstoća se dobija na bazi unapred utvrdjene funkcionalne zavisnosti prečnik otiska - čvrstoća

u praksi se redje primenjuje zbog teškoće tačnog merenja prečnika otiska (krunjenje po obodu)

Metoda Šmitovog čekića (sklerometra): zasniva se na merenju veličine elastičnog odskoka udarne mase koja se nalazi u sklopu aparature i

uspostavljanjem zavisnosti vrednosti odskoka i čvrstoće betona; U praksi se mnogo češće primenjuje

aparat se stavlja na površinu elementa; pritiskom ruke valjak se potpuno uvlači u aparaturu, potom se oslobadja udarna masa koja pod dejstvom

opruge

udara u valjak i odskače; taj odskok se se fiksira pomoću strelice na skali sa spoljašnje strane aparature

ima nekoliko tipova aparature koji se razlikuju po veličini udarnih energija

do funkcionalne zavisnosti odskoka i čvrstoće se dolazi paralalnim ispitivanjem u kojim se na istim uzorcima vrši i standardno ispitivanje čvrstoće

25. PRIMENA POSTUPAKA LOKALNE DESTRUKCIJE ZA ISPITIVANJE I OCENU ČVRSTOĆE BETONA

Obzirom da se radi o strogo lokalnoj destrukciji i ova metoda spada u grupu ispitivanja bez razaranja

Ispitivanje se zasniva na merenju sile koja je potrebna da bi se sa P betona otkinuo komad betona odredjene veličine

„Pulaut“ (pullout) metoda:

U beton se prvo ugrade specijalni čelični ankeri sa navojem na vrhu preko koga se povezuju sa uredjajem za plasiranje

opterećenja

Ankeri se mogu ugraditi i tokom betoniranja a i kasnije kada beton očvrsne (ekspanzioni ankeri)

Specijalnim uredjajem koji nanosi i očitava opterećenje, ovaj anker se čupa zajedno sa komadom betona

Paralelnim ispitivanjima se uspostavlja funkcionalna zavisnost izmedju sile čupanja (Z) i čvrstoće betona (fk) pri pritisku

fk = fk(Zgr) Zgr = granična sila pri kojoj je došlo do čupanja ankera sa komadom betona

Osim ove postoje i druge metode:

Pomoću eksplozivnih punjenja – otvori u betonu se napune sa malom odgovarajućom Q eksploziva i potom se meri zapremina dobijenog kratera

Pomoću vatrenog oružja – specijalni pištolji sa specijalnim zrnima koji se nasloni na beton i aktivira i ponovo se odredjujezapremina kratera

Metoda upucavanja – specijalnim vatrenim pružjem u beton se upucavaju zrna raznih formi i meri se dubina njihovog prodiranja

Zapremine kratera i dubine prodiranja zrna će predstavljati pokazatelje čvrstoće betona

26. POSTUPAK PROJEKTOVANJA BETONSKIH MEŠAVINA: IZVESTI NEOPHODNE POLAZNE PARAMETRE, KAO I SVE POTREBNE OPERACIJE, ODNOSNO

NJIHOV REDOSLED

Odredjivanje potrebnih Q komponentnih materijala:

Odredjivanje potrebne Q vode (težiti što većoj zapreminskoj masi pri upotrebi najmanje moguće Q vode koja će odgovarati postupku ugradjivanja betona)

Q vode u najvećoj meri zavisi od zahtevane konzistencije

Fereov obrazac: mv = �$√# (kg/m

3) mv = Q vode u jedinici zapremine svežeg betona; D (mm) = nominalno najkrupnije zrno agregata

k0 = vrednost iz tablice (zavisi od vrste agregata i zahtevane konzistencije)

Odredjivanje potrebne Q cementa u jedinici zapremine sveže ugradjenog betona:

Na osnovu poznate vrednosti vodocementnog faktora koji je u vezi sa čvrstoćom betona

Pri odredjivanju ω mogu se koristiti posebni dijagrami sa krivama koje povezuju klasu upotrebljenog cementa, čvrstoću betona i ω

ω se takodje može odrediti i primenom Fereovog obrasca

Zaključak: na osnovu poznate specifične mase vode i cementa, poznate klace cementa i unapred poznate čvrstoće betona (MB + 8MPa po pravilniku), bilo putem

dijagrama ili neke empirijskih formula (Fere ili dr), dolazi se do vrednosti ω

Fere: fk,28 = �

�(�1·0�.0� �� ϒsc = spec.masa cementa; ϒsv = spec.masa vode;

k = parametar koji zavisi od klase cementa (k=250 za cement PC 32,5; 320 za PC42,5)

Q cementa se izračunava: mc = mv ∙ (�.�

)

Upotreba aditiva: njihova Q se definiše u odnosu na mc

Upotreba plastifikatora i superplastifikatora: smanjenje vode ali da se očuva konzistencija

Odredjivanje Q agregata u jedinici zapremine svežeg betona:

mc/γsc + ma/γsa + mv/γsv + vp = 1 Jedinica zapremine svežeg ugradjenog betona se sastoji od apsolutnih zapremina cementa, agregata i vode kao i

od eventualne zapremine vp (zaostale pore io obično ne iznosi više od 1-3%)

aditivi nisu uračunati jer nemaju značajniji uticaj na masu ili zapreminu

Projektna zapreminska masa svežeg ugradjenog betona: γb,sb = mc + ma + mv

Eksperimentalna provera karakteristika betona uz eventualnu korekciju:

Na bazi napred sračunatih Q, spravlja se izvesna manja Q betonske mešavine radi odredjivanja konzistencije

Korekcije: Ako je mešavina kruća , povećati Q H2O za 5-10% ali i Q cementa za 5-10% da bi vodocementni faktor ostao nepromenjen

Ako je mešavina tečnija, dodati 5-10% agregata ali sačuvati granulometrijski sastav

Konačno utvrdjivanje sastava: Nakon korekcija odrediti stvarnu zapreminsku masu svežeg ugradjenog betona kao i stvarne Q cementa, agregata i vode

Odredjivanje zapreminske mase: izrada uzoraka i izračunavanje preko obrasca:

γb,sv = ��,� ��,� (kg/m3) mb,sv = merenjem dobijena masa svežeg betona u kalupu; Vb,sv = zapremina kalupa (m3) (8∙10-3 m3 kocka 20cm)

m’c ; m

’a i m

’v = mase cementa, agregata i vode od kojih je radjen uzorak

mc ; ma i mv = mase cementa, agregata i vode u jediničnoj zapremini svežeg betona:

mc = γb, sv �.‚��,� , (kg/m

3); ma = mc

��,�.,

(kg/m3); mv = mc

� ,�.,,

(kg/m3)

po konačnom odredjivanju ovih veličina pristupa se spravljanju betonske mešavine za izradu uzoraka na kojima će se ispitivati kaakteristike očvrslog betona koje se

zahtevaju projektom objekta. Mešavini se po potrebi dodaju i aditivi. Ukoliko dobijeni rezultati ispitivanja uzoraka odgovaraju zahtevima, postupak sastavljanja betonske

mešavine se smatra završenim.

Ostali uslovi koje mora da zadovolji mešavina:

Uslovi vezani za granulometrijski sastav agregata, srednja čvrstoća pri pritisku, vodonepropustljivost, habanje, otpornost na mraz, otpornost na mraz i dejstvo

soli, otpornost na hemijske agense

27. PROJEKTOVANJE SASTAVA BETONSKIH MEŠAVINA ZA BETONE KATEGORIJE B.I. PREMA BAB 87

Beton I kategorije (B.I): mogu se spravljati bez prethodnog ispitivanja (sastavljanje mešavine na bazi iskustvenih parametara)

ovakav postupak je dozvoljen samo za betone marki: MB 10. MB 15, Mb 20 i MB 25

takav beton se može ugradjivati samo na gradilištima gde je spravljan

ne sme se isporučivati drugim izvodjačima

obzirom na liberalniju prozvodnju, predvidjena je strožija kontrola kvaliteta

Propisivanje odredjene minimalne Q cementa u mešavini svežeg betona:

Cement klase 35, za beton plastične konzistencije, za agregat sa najvećom frakcijom 16/31.5, koriste se sledeće Q:

MB 10 (220kg/m3), MB 15 (260 kg/m3); MB 20 (300 kg/m3), MB 25 (350 kg/m3)

Cement klase 45: gornje Q cementa se mogu smanjiti za 10%

Cement klase 25: gornje Q treba povećati za 10%

Gornje Q se povećavaju za 10%: pri najvećoj frakciji agregata 8/16

Gornje Q se povećavaju za 20%: pri najvećoj frakciji agregata 4/8

Gornje Q se povećavaju za 10%: ako se umesto plastičnih traži tekuća konzistencija svežeg betona

28. SPRAVLJANJE BETONA : DOZIRANJE KOMPONENTI, MEŠALICE ZA BETON, KOEFICIJENT IZLAZA BETONSKE MEŠAVINE (SA PRIMEROM)

Spravljanje betonske mešavine se vrši isključivo mašinskim putem

Svodi se na doziranje i mešanje komponenti u cilju dobijanja homogene mase

Agregat ( po frakcijama) je smešten u bunkere a cement u silosima iz kojih idu ka dozatorima (automatsko doziranje prethodno

odredjenih Q sastojaka);

nakon doziranja, smeštaju se u sabirni bunker gde stoje do mešanja.

Samo mešanje komponenti i vode se vrši u mešalicama pri čemu mešavina voda-aditiv ide direktno u mešalicu a komponente iz

sabirnog silosa.

Masa agregata se odredjuje sa tačnošću od ± 2% a ostale komponente ± 1% ; ako je agregat vlažan, ukupan zbir vode u mešavini

treba da predstavlja zbir vode u agegatu i vode koja se posebno dozira.

Ima nekoliko vrsta mešalica:

U odnosu na način rada: sa periodičnim radim (radni ciklus se sastoji od punjenja, mešanja, pražnjenja)

sa neprekidnim radom (sve navedene operacije teku istovremeno

U odnosu na osu rotacije: sa vertikalnom osom

sa horizontalnom osom

sa kosom osom (najčešće ugao od 30o)U odnosu na način mešanja:

Prema načinu mešanja

gravitacione (okretanje bubnja oko horizontalne ose sa podizanjem smeše do odredjene visine sa koje pod silom

gravitacije

pada i uranjaju na dno bubnja); vreme mešanja je od 1-3 minuta; kapacitet mešalice je od 100-4500 litara

(Q

betona koja izlazi iz mešalice)

nisu pogodne za mešanje krućih betonskih mešavina

mešalice sa prinudnim mešanjem

za mešanje krućih betonskih mešavina

bubanj se okreće brzinom od 6-7 obrta u inuti a u njemu postoji sistem lopatica koji se okreće u suprotnom smeru

dobija se izvanredno homogena masa

krupnozrni betoni se mešaju 2-3 minuta a sitnozrni 3-5 minuta

vibromešanje – za mešanje vrlo krutih betonskih mešavina;

pobudjivač vibracija prouzrokuje oscilatorno kretanje frekvencijom oko 25 Hz i amplitudom 3-5 mm

dobijaju se vrlo homogeni betoni visoke čvrstoće

koeficijent izlaska betonske mešavine: k= (

�.�� odnos zapremine svežeg betona i zapremine čvrstih

komponenata

(cementa i agregata)

mc=200 -500 kg/m3; γc=1200 kg/m3; ma=1750 -2000 kg/m3 γa =1650 kg/m3

Vc = 200/1200 – 500/1200 = 0.17 – 0.42 m3 Va = 1700/1600 – 2000/1600 = 1.09 – 1.25

Vc+Va = (0,17+1,25) do (0,42+1,09)=1,42 do1,51 m3

k = 1/1.51 do 1/1.42 = 0.676 do 0.704 a 0.66 – 0.70

29. TRANSPORT SVEŽEG BETONA: SPOLJNI I UNUTRAŠNJI TRANSPORT, OSNOVNI PRINCIPI, SREDSTVA ZA SPOLJAŠNJI I UNUTRAŠNJI TRANSPORT,

„PUPMPANI BETON“

Transport je delikatna operacija zbog:

mogućnosti segregacije usled neizbežnih potresa; nepažnje pri punjenju i pražnjenju transportnih sredstava

iscurivanja cementne paste iz vozila

isparavanja vode pri dužem transportu (naročito u letnjem periodu)

vreme transporta u funkciji početka vezivanja cementa u betonu i održavanja komnzistencije (letnji period naročito) – promena aditiva retardera

promena konzistencije vremenom pri upotrebi plastifikatopra ili superplastifikatora

Vrhovni princip: beton do mesta ugradjivanja treba da stigne onakav kakav je izašao iz mešalice

Spoljašnji transport: transport od fabrike betona do gradilišta

Sredstva spoljašnjeg transporta: kamioni mešalice (auto mikseri);

Silobusi (transporta sredstva sa agitovanjme betonske mešavine)

Damperi

Kamioni – kiperi

Obični kamioni sa posudama (korpama)

Važna napomena: automešalice i silobusi se koriste za transport svežeg betona svih konzistencija

Ostala transportna sredstva samo za transport svežeg betona krutih i slabo plastičnih konzistencija (zbog moguće pojave

segregacije !!)

Unutrašnji tranposrt: obuhvata transport betona od odredjenog mesta na gradilištu gde se beton iz sredstva za spoljašnji transport prebacuje u sredstvo za unutrašnji

Obuhvata transport betona unutar jednog gradilišta od mesta gde se spravlja do mesta ugradnje

Sredstva unutrašnjeg transporta: ručna kolica sa jednim točkom (tačke)

Ručna kolica sa dva točka )japaneri)

Prenisne čelične posude (kible) u kombinaciji sa raznim vrstama kranova (toranjski, mosni, normalni, kabl-kranovi)

Vagoneti

Trakasti transporteri

Konvejeri (za spuštanje betona)

Pumpe za beton

Transport svežeg betona putem pumpi („pumpani beton“):

Beton se do mesta ugreadjivanja potiskuje kroz odgovarajući cevovod; Transport može da se vrši na visini od oko 40 m i dužini od nekoliko stotina metara

Beton je donekle drugačijeg sastava: ima viče cementa i sitnijih čestica radi ostvarivanja bolje povezanosti; Široko se primenjuju plastifikatori

Tipovi pumpi: Klipne (pumpe neposrednog dejstva): do 40m3/h

Bezklipne pumpe (vakuum pumpe, pumpe neprekidnog dejstva): 40-50 m3/h

Pneumatske pumpe: 10-20 m3/h, pritisak 6-8 bara

Stabilne i mobilne pumpe:

Načelno sva tri prethodna tipa pumpi mogu da budu stabilne i mobilne (auto pumpe) ali pneumatske mobilne su retko u upotrebi

Auto pumpe su uglavnom ili klipne ili vakuum pumpe

30. UGRADJIVANJE BETONA: OPLATE, UNOŠENJE BETONA U OPLATU (OSNOVNI PRINCIPI)

Operacije u okviru ugradjivanja betona:

Punjenje oplate ili razastiranje svežeg betona

Zbijanje (kompaktiranje)

Završna obrada gornjih površina elemenata

osnovni principi:

ugradjivanje se mora završiti pre početka vezivanja cementa. Beton koji nije ugradjen do ovog momenta, mora se baciti

mada se mogu zbijati i ručno, savremena tehnologija betona priznaje isključivo mašinske postupke zbijanja

IZUZETAK: samozbijajući (samougradljivi) betoni – SCC

Oplate: kalupi koji obezbedjuju dobijanje betonskih elemenata odredjenog oblika

Prave se od: drveta, raznih ploča na bazi drveta, metala, plastičnih masa

Moraju da imaju dovoljnu mehaničku otpornost (da se suprotstave svim mehaničkim uticajima od strane vetona – pritisak, vibracije)

Ako su od drveta – moraju se prethodno dobro nakvasiti da ne bi upile vodu i dovele do „prosušivanja“ površinskih slojeva

Sa unutrašnje strane se premazuju sredstvima koja sprečavaju slepljivanje oplate i betona

Punjenje oplate:

neposrednim sipanjem (pomoću konusnih levkova) – slika 1 (a)

putem odgovarajućih vodjica za svež beton (ako se sipa sa

veće visine od 1.5m) – slika 2

Voditi računa da ne dodje do segregacije

Beton ne sme slobodno da pada sa visine veće od 1.5m

Bočno unošenje (elementi većih visina) – slika 3 (a)

Vertikalni žleb se završava kesom koju će beton prvo

popuniti a potom će bez segregacije popunjavati oplatu

Skidanje oplate:

u vreme skidanje, čvrstoća ne sme biti < od 30% propisane marke, kod stubova, zidova i vertikalnih delova oplate grede

Ne sme biti < od 70% propisane marke kod ploča i donjih delova oplate greda

Zbog ovoga kao i radi utvrdjivanje najmanje dužine negovanja, pri betoniranju se uzima veći broj uzoraka svežeg betona koji se čuvaju u uslovima gradilišta

Ovi uzorci se ispituju na 1, 2, 3 dana itd. Dok se ne dostignu propisani nivoi čvrstoće za prestanak nege tj, skidanje oplate

Takodje se mogu primeniti beki od nedestruktivnih metoda ispitivanja čvrstoće betona, posebno UZ

31. UGRADJIVANJE BETONA: ZBIJANJE (KOMPAKTIRANJE) BETONA; OPŠTI PRINCIPI, EFIKASNOST VIBRIRANJA, VRSTE VIBRATORA

Operacije u okviru ugradjivanja betona:

Punjenje oplate ili razastiranje svežeg betona

Zbijanje (kompaktiranje)

Završna obrada gornjih površina elemenata

osnovni principi:

ugradjivanje se mora završiti pre početka vezivanja cementa. Beton koji nije ugradjen do ovog momenta, mora se baciti

mada se mogu zbijati i ručno, savremena tehnologija betona priznaje isključivo mašinske postupke zbijanja

IZUZETAK: samozbijajući (samougradljivi) betoni – SCC

Zbijanju se pristupa nakon unošenja betona u oplatu, različiti postupci vibriranja

Samo vibriranje: značajno smanjenje sile veze čestica i sile unutrašnjeg trenja, dolazi do slobodnog pakovanja, istiskivanja mehurića vazduha (max 1-3% zaostalih

mehurića)

Efikasnost zavisi od: trajanja i intenziteta vibriranja

Intenzitet vibriranja: Uv = 8π3 ∙ a

2 ∙ f

3 = k ∙ a

2 ∙ f

3 gde je: f = frekvenca (hz ili broj vib/min); a = amplituda oscilovanja

Za svaku betonsku mešavinu postoji optimalni Uv: D 50-70 mm → < f (do 3500 vib/min) a > amplit (do 3 mm)

D < 10 mm → > f (10 000 – 20 000 vib/min) a < amplituda (0.1 – 1.0 mm)

Prema konstrukciji postoje sledeći vibratori:

Površinski: ugradjivanje betona u pločaste elemente ne deblje od 25 cm

učinak ovih vibratora: U = 3600 W · *$�(� �� ∙ ku (m3/h)

gde su: F = radna P vibratora; h0 = debljina ploče (≤ 25 cm); ku = koef.korisnog dejstva (0.85)

t1 = vreme vibriranja na 1 mestu (20-60sec); t2 = vreme premeštanja na sledeću poziciju

Unutrašnji: (pervibratori) – najšira primena; telo koje vibrira se vertikalno unosi u masu betona

Radijus dejstva je oko 25-75 cm; sloj betona koji vibrira ne treba da bude deblji od 70 cm

Učinak pervibratora: W = 60 ∙ L ∙ R2

d (m3/h) L = dužina radnog dela vibratora;

R = radijus dejstva vibratora

Kalupi od kojih se prave uzorci za ispitivanje osobina betona, ne smeju da budu naslonjeni na tvrdu podlogu već na pesak da ne bi

došlo do refleksije talasa

Vibro- stolovi: dimenzija 1-2m ali i veći; na njihovu gornju ploču se stavljaju celokupni kalupi sa izlivenim betonom

Najpodesniji za vibriranje elemenata koji nisu visoki (ploče, grede)

Spoljašnji vibratori: (ili oplatni), pričvršćuju se za oplatu po visini veći broj njih ili manji sa premeštanjem

koriste se kada zbog dimenzije elemenata ili gustine armature ne može da se primeni unutrašnji (tanki, vertikalni zidovi)

posebno voditi računa o kvalitetu oplate (dooljno da bude čvrsta da se ne bi oštetila ali i elastična da prenosi vibracije)

razmak izmedju spoljašnjih vibratora treba da bude: lmax ≤ L b$c��$ · I�

+

gde su: E0 = modul elastičnosti materijala oplate; I0 = momenti inercijepreseka oplate; f = frekvencijavibracije;

32. NEGA BETONA: SVRHA NEGE BETONA, POSTUPCI I DUŽINA NEGOVANJA

U uslovima normalnih temperatura (od 5-30oC) sa negom se mora početi vrlo rano (3-6 sati nakon ugradjivanja)

Dužina nege zavisi od: atmosferskih uslova, sastava betona, zahtevanog kvaliteta) gde mora da traje najmanje 7 dana ali ne manje od vremena potrebnog da beton

postigne 60% predvidjene marke betona

Mora se koristiti voda istog kvaliteta kao za njegovo spravljanje (ne sme se koristiti morska voda !!)

Odmah nakon betoniranja površine betona moraju biti zaštićene od: prebrzog isušivanja, brze izmene toplote izmedju betona i vazduha, padavina i tekuće vode, visokih i

niskih temperatura, vibracija

Nega betona se sastoji od: sprečavanja isparavanja vode (danas se stavljaju premazi koji obrazuju tanak vodonepropustljiv film na bazi parafina ili silikona, i nanose

se 30 min-3h nakon završne pobrade betona, kada na njemu nema slobodne vode)

kvašenja površina vodom

Nega betona ima za cilj: da spreči gubitak vode iz betona neophodne za odvijanje hidratacije cementa

Da eliminiše štetne posledice skupljanja betona tj, pojavu prslina, u vremenu kada beton još nije u stanju da podnese veća unutrašnja

naprezanja (napone zatezanja)

Nega betona u posebnim klimatskim uslovima:

Pri niskim temperaturama: (odmah nakon betoniranja preduzeti sledeće mere)

Prekrivanje otvorenih P betona čak i celokupnih elemenata i konstrukcija prikladnim izolacionim materijalom

Izrada oplata sa dodatnim izolacionim slojevima što se u prvom redu odnosi na metalne oplate

Postavljanje izbetoniranih elemenata i konstrukcija u zatvorene prostore koji se eventualno mogu i grejati

Direktno zagrevanje elemenata i konstrukcija putem vodene pare, otvorene vatre, električne energije (grejalice sa ventilatorom)

Pri visokim temperaturama: (lagovremeno započeti negovanje ugradjenog betona )

Po mogućstvu zaštititi ugradjeni beton od direktnog dejstva sunca

Hladjenje vodom u prednosti nad premazima (samo sprečavaju prevremeno sušenje i brzo sušenje)

Prekrivanje betona materijalima koji upijaju i zadržavaju vodu u trajanju od najmanje 7-10 dana a često i duže

Poželjno neprekidno kvašenje perforiranim cevima

Voda ne sme da bude mnogo hladnija od betona (da ne nastanu prsline zbog temperaturne razlike)

Zbog istog razloga obezbediti tokom noći zaštitu od prevelikog rashladjivanja

Sa negom se ne sme naglo prekinuti već postupno

Radi utvrdjivanje najmanje dužine negovanja, pri betoniranju se uzima veći broj uzoraka svežeg betona koji se čuvaju u uslovima gradilišta

ovi uzorci se ispituju na 1, 2, 3 dana itd. dok se ne dostignu propisani nivoi čvrstoće za prestanak nege

33. SVOJSTVA SVEŽEG I OČVRSLOG BETONA NA POVIŠENIM TEMPERATURAMA

Osobine svežeg betona na povišenim temperaturama:

skraćenje vremena početka vezivanja svežeg betona

ako je temperatura svežeg betona > 30oC → brzo odvijanje hidratacije → produkti hidratacije slabijih mehaničkih svojstava

u masi betona nastaju značajna termička naprezanja i povećan broj mikroprslina

brza promena konzistencije

za održavanje zahtevane konzistencije, povećava se potreba za vodom (što povlači smanjivanje čvrstoće betona)

ugradljivost i obradljivost uglavnom najviše zavise od konzistencije

Kontrola temperature svežeg betona:

T svežeg betona na izlasku iz mešalice: Tb, sv = $.� ��d�� .d.�� ed � � �d�

$.� �� .�� e� � � (o C)

Gde su: mv* = voda koja se unosi u mešalicu; mv,a = voda koju sadrži (vlažan) agregat mv = mv

*+ mv,a = projektovana Q HaO u betonu

T svežeg betona na izlasku iz mešalice ako se ubacuje led: Tb,sv = $.� ��d�� .d.�� : ��d : f$ ��

$.� �� .�� (o C)

Gde su: ml = masa leda koja se unosi umesto mase vode (izračunava se na bazi formule za zadatu T betona)

mv = projektovana Q H2O (jedan njen deo se zamenjuje Q leda)

Osobine ugradjenog betona:

Brzo isparavanje vode preko otvorenih P praćeno velikim plastičnim skupljanjem

Kao posledica plastičnog skupljanja na P nastaju prskotine i pukotine (ako je isparavanje vode sa P veće od 1kg/m2 h)

Povećanje hidratacionog i hidrauličkog skupljanja

Odredjeno smanjenje čvrstoće betona i drugih svojstava (trajnost)

34. UTICAJ POVIŠENIH TEMPERATURA NA TEHNOLOGIJU IZVODJENJA BETONSKIH RADOVA: KONZISTENCIJA, VREME VEZIVANJA, UGRADLJIVOST I

OBRADLJIVOST, NEGA BETONA

Osim povišene temperature (> 30oC) značajna su dva dodatna faktora: niska relativna vlažnost vazduha i povećana brzina vetra

Svi ovi elementi modu da utiču na tehnologiju izvodjenja betonskih radova na sledeće načine:

Konzistencija: za održavanje zahtevane konzistencije, povećava se potreba za vodom što povlači smanjivanje čvrstoće betona

brza promena konzistencije

Vreme vezivanja: skraćenje vremena početka vezivanja svežeg betona

Brzo odvijanje hidratacije sa stvaranjem produkata hidratacije slabijeg mehaničkogs vojstva

Vreme mešanja smanjiti na minimum za postizanje homogenosti da se ne bi stvarala dodatna Q toplote zbog trenja

Ugradljivost i obradljivost:

Najviše zavise od konzistencije

Da bi predupredili ovi problemi potrebno je obratiti pažnju posebno na:

Pojektovanje betonskih mešavina:

Koristiti cemente nižih toplota hidratacije (cemente nižih klasa i cemente sa dodacima)

Upotrebljavati niže Q cementa (za 5-10%)

Ići na više vrednosti vodocementnog faktora

Koristiti aditive usporivače vezivanja (retardere) i plastifikatore, odnosno superplastifikatore

Kod betoniranja:

Agregat zaštititi od direktnog dejstva sunca postavljanjem lakih nadstrešnica iznad boksova za agregat

Rezervoare ili ciaterne za vodu ukopavati ispod zemlje

Silose za cement, vodove za cement i fabrike betona ofarbati belom bojom (temperatura se snižava za 7.10%)

Hladiti komponente betona polazeći od uslova da je temperatura betona na mestu ugradjivanja Tb,sv < 30oC

Hladjenje vode ali ne ispod 4-5oC (promena redosleda unošenja komponenti u mešalicu: agregat-hladna voda-cement)

Hladjenje agregata (najčešće samo zaštita od direktnogf dejstva sunca – da temperatura agregata odgovara temperaturi vazduha u hladu 30-40o

Efikasno hladjenje svežeg betona se postiže ubacivanjem usitnjenog leda direktno u mešalicu

Hladiti oplatu i armaturu vodom (pre ali i posle betoniranja)

Organizovati betoniranje noću

Nega betona: Blagovremeno započeti negovanje ugradjenog betona (praktično odmah po završetku kompaktiranja, naročito kod elemenata sa velikom P)








35. IZVODJENJE BETONSKIH RADOVA U POSEBNIM KLIMATSKIM USLOVIMA: OPŠTE NAPOMENE I ODREDBE PROPISA U VEZI S TIM

Pri niskim temperaturama: sve navesti

Pri visokim temperaturama: sve navesti

36. BETONIRANJE U POSEBNIM USLOVIMA: IZVODJENJE BETONSKIH RADOVA PRI NISKIM TEMPERATURAMA (BETONIRANJE ZIMI)

Kada je temperatura < 5oC

Pri projektovanju betonskih mešavina:

Koristiti cemente viših toplota hidratacije (cemente viših klasa i cemente bez dodataka)

Cemente sa dodatkom pucolana i pucolanske cemente izbegavati (za standardnu konzistenciju cementne paste traže veću Q vode pa samim tim i za

odredjenu konzistenciju svežeg betona)

upotrebljavati nešto veće Q cementa (5-10%)

ići na niže vrednosti vodocementnog faktora

koristiti aditive antifrize i ubrzivače vezivanja i očvršćavanja

kod betoniranja:

zagrevati komponente betona: vodu (obično ne preko 70-80oC); Agregat (obično ne preko 40oC)

zaštitom betona putem termoizolacije ili grejanjem samog betona obezbediti da beton pre prvog smrzavanja ima najmanje 50% zahtevane čvrstoće (za beton

koji će u eksploataciji biti izložen dejstvu mraza – 100% zahtevane čvrstoće)

NAPOMENA: kada se primenjuje zagrejana voda, redosled doziranja u mešalicu je sledeći: najpre agregat, zatim voda a nakon dovoljnog rashladjivanja vode

(do oko 30oC) ubaciti i cement

Odmah nakon betoniranja preduzeti sledeće mere:

Prekrivanje otvorenih P betona čak i celokupnih elemenata i konstrukcija prikladnim izolacionim materijalom

Izrada oplata sa dodatnim izolacionim slojevima što se u prvom redu odnosi na metalne oplate

Postavljanje izbetoniranih elemenata i konstrukcija u zatvorene prostore koji se eventualno mogu i grejati

Direktno zagrevanje elemenata i konstrukcija putem vodene pare, otvorene vatre, električne energije (grejalice sa ventilatorom)

37. BETONIRANJE U POSEBNIM USLOVIMA: IZVODJENJE BETONSKIH RADOVA PRI VISOKIM TEMPERATURAMA (BETONIRANJE LETI)

Betoniranje pri tempraturama > 30oC

Pojektovanje betonskih mešavina:

Koristiti cemente nižih toplota hidratacije (cemente nižih klasa i cemente sa dodacima)

Upotrebljavati niže Q cementa (za 5-10%)

Ići na više vrednosti vodocementnog faktora

Koristiti aditive usporivače vezivanja (retardere) i plastifikatore, odnosno superplastifikatore

Kod betoniranja:

Agregat zaštititi od direktnog dejstva sunca postavljanjem lakih nadstrešnica iznad boksova za agregat

Rezervoare ili ciaterne za vodu ukopavati ispod zemlje

Silose za cement, vodove za cement i fabrike betona ofarbati belom bojom (temperatura se snižava za 7.10%)

Hladiti komponente betona polazeći od uslova da je temperatura betona na mestu ugradjivanja Tb,sv < 30oC

Hladjenje vode ali ne ispod 4-5oC (promena redosleda unošenja komponenti u mešalicu: agregat-hladna voda-cement)

Hladjenje agregata (najčešće samo zaštita od direktnogf dejstva sunca – da temperatura agregata odgovara temperaturi vazduha u hladu 30-40o

T svežeg betona na izlasku iz mešalice: Tb, sv = $.� ��d�� .d.�� ed � � �d�

$.� �� .�� e� � � (o C)

Gde su: mv* = voda koja se unosi u mešalicu; mv,a = voda koju sadrži (vlažan) agregat mv = mv

*+ mv,a = projektovana Q HaO u betonu

Efikasno hladjenje svežeg betona se postiže ubacivanjem usitnjenog leda direktno u mešalicu

Temperatura svežeg betona na izlasku iz mešalice ako se ubacuje led: Tb,sv = $.� ��d�� .d.�� : ��d : f$ ��

$.� �� .�� (o C)

Gde su: ml = masa leda koja se unosi umesto mase vode (izračunava se na bazi formule za zadatu T betona)

mv = projektovana Q H2O (jedan njen deo se zamenjuje Q leda)

Hladiti oplatu vodom (pre ali i posle betoniranja)

Organizovati betoniranje noću

Nega: Blagovremeno započeti negovanje ugradjenog betona








38. SKUPLJANJE BETONA: OPŠTE POSTAVKE, FAKTORI UTICAJA, POSTUPAK ISPITIVANJA I ORIJENTACIONE GRANICE U KOJIMA SE KREĆE KONAČNO

SKUPLJANJE BETONA (t → ∞)

Skupljanje je vremenska deformacija koja se ispoljava u vidu smanjivanja dimenzija neopterećenih betonskih elemenata u toku vremena i to približno proporcionalno u

svim pravcima

Najtešnje je povezana sa stanjem vlažnosti betona

Ukupna deformacija skupljanja se sastoji pd:

Plastično skupljanje (usled isparavanja vode tokom vezivanja cementa) – u poredjenju sa ostalim skupljanjima, ovo je najveće ali kako se ono odigrava tokom

procesa vezivanja cementa, praktično nije od značaja na naponska stanja konstrukcije ine obuhvata se standardnim ispitivanjem značajno je jer

može da bude uzročnik prslina na P elemenata (pravilna nega)

Hidrataciono skupljanje (usled kontrakcije produkata hidratacije)

Hidrauličko skupljanje (skupljanje nakon završetka vezivanja cementa)

Vrednosti skupljanja dobijene ispitivanjem predstavljaju zbirne efekte druga dva skupljanja.

Faktori uticaja: konačne vrednosti skiupljanja zavise od:

Temperature i relativne vlažnosti sredine (pri višim t i manjoj vlažnosti, skupljanje je >)

Dimenzije betonskog elementa (veće je kod elemenata manjih dimenzija jer je prosušivanje brže)

Od vrste i Q cementa (cementi sa dodacima i finim mlivom se više skupljaju kao i kod korišćenja većih Q cementa)

Vodocementnog faktora (> vodocementni faktor – beton je manje kompaktnosti, ima više pora , > hidrauličko skupljanje

Granulometrijskog sastava (beton optimalne kompaktnosti manje se skuplja)

Način ugradjivanja betona (efikasno ugradjivanje, dobra kompaktnost, manje skupljanje)

Nege betona (vlaženjem skupljanje se smanjuje

Ispitivanje: prizmatični ili cilindrični uzorci h/d 0 2-4 (min. 3 uzorka)

u kalupima stoje 24h a nakon vadjenja iz njih drže se u pijaćoj vodi gde stoje naredna 48 sata

posle vadjenja iz vode (72h od izrade), drže se u kondicioniranim uslovima ( t = 20oC, vlažnost vazduha 40, 70 ili

90% zavisno od uslova primene betona)

Prvo merenje deformacija nakon 72h od izrade; potom na 4 dana pa na 7,14,21,28 dana i potom jednom

mesečno (najmanje 3 meseca);

Prva 3 dana dok uzorci stoje u vodi, beton ima izvesno bubrenje (ostaje neregistrovano)

1 - kriva skupljanja koja odgovara kondicioniranim uslovima

Deformacija skupljanja se tokom vremena monotono povećava, na početku je intenzivna a potom se

usporava; tokom vremena, za t → ∞, teži konačnoj, krajnjoj vrednosti

2 - kriva skupljanja koja odgovara uslovima spoljašnje sredine (pomenljivi uslovi t i vlažnoati)

Ukupna dformacija dobijena pod ovim uslovima je uvek manja od deformacija „čistog“ skupljanja

Skupljanje se izražava u promilima (‰) u odnosu na prvo merenje posle 72h; kao rezultat ispitivanja iskazuju se srednje vrednosti svih pojedinačnih veličina.

U zavisnosti od relativne vlažnosti i debljine elementa, za period od 3 godine, skupljanje betona se kreće u granicama od 0.63-0.95 ‰

RADNI DIJAGRAM (σ – ε DIJAGRAM) BETONA:

PRIKAZATI OBLIKE DIJAGRAMA ZA BETONE NIŽIH I

VIŠIH ČVRSTOĆA I OBJASNITI KADA OBA DATA OBLIKA

ODGOVARAJU BETONIMA SVIH ČVRSTOĆA

Kratkotrajna opterećenja: trajanje max. 2h

deformacija zavisi od: sastava betona, osobina

komponenti,

vrste naprezanja, ćvrstoće i starosti betona

Više čvrstoće – pod opterećenjem manje deformacije

Radni (σ – ε) dijagram betona: daje zavisnost izmedju napona i

deformacija (dilatacija) betona delovanjem kratkotrajnih

opterećenja (prizmatični ili cilindrični uzorci ispitivanja)

(1): odgovara betonima većih čvrstoća (ista se dobija kod svih

betona ako se primenjuje režim diktiranog povećanja napona od

0.6±0.4 MPa/s)

(2): odgovara betonima većih čvrstoća (ista se dobija kod svih

betona ako se primenjuje režim diktiranog povećanja dilatacije)

Jednokratko kratkotrajno opterećnje → deformacija koja se

sastoji od elastičnog i plastičnog dela

Kriva OA: ponašanje uzorka pri opterećenju manjom brzinom

Kriva AD: ponašanje uzorka pri sporom rasterećenju

Linija AC: ponašanje uzorka pri brzom rasterećenju

Prava OF: ponašanje uzorka pri brzom opterećenju

ε1: povratna deformacija

ε2: povratna deformacija

ε3: trajna (plastična, zaostala) deformacija; zavisi od brzine opterećnje i

brzine rasterećenja

ε3 + ε2 – ε1: zaostala deformacija

krivolinijski σ – ε dijagram: pri fp > od 0.5, u celokupnom naponskom području praktično pravolinijski σ – ε dijagram: pri fp < od granice 0.3-0.5 (područje radnih napona najvećeg broja betonskih konstrukcija)

tangentni modul: tangens ugla αtg (ugao koji zaklapa tangenta na krivu u tački A sa apscisnom osom)

sekantni modul: tangens ugla 8g koji se označava kao Esek (ugao nagiba tetiva koja spaja koordinatni početak i tačku A)

veza izmedju napona i deformacija u betonu: σ = Esek ∙ ε

MODUL ELASTIČNOSTI BETONA: DEFINICIJA, POSTUPAK ISPITIVANJA

Statisčki modul elastičnosti predstavlja odnos promene napona ∆σ i elastične deformacije ε

Elastična deformacija ε se dobija ispitivanjem prizmatičnog ili cilindričnog uzorka (odnos podužnih i poprečnih dimenzija > 2 a dimenzija a treba da bude najmanje 4x> do

D)

Kako bi se eliminisali svi drugi naponi, vrši se „treniranje“ uzoraka (postupci višekratnog opterećivanja i rasterećivanja) naime nakon odredjenog broja ciklusa, σ – ε

dijagram uglavnom odgovara pravoj liniji čiji nagib definiše modul elastičnosti E. Ovo se odnosi na područje radnih napona (odnosno 0.3-0.5)fp.

DINAMIČKI MODUL ELASTIČNOSTI BETONA: DEFINICIJA I NAČIN ISPITIVANJA, VEZA SA STATIČKIM MODULOM ELASTINČOSTI

SKUPLJANJE I TEČENJE BETONA: DEFINICIJA, KOMPONENTE SKUPLJANJA, ISPITIVANJE

TEČENJE BETONA: FAKTORI UTICAJA, DIJAGRAM UKUPNIH DEFORMACIJA BETONA I POSTUPAK ISPITIVANJA

BITUMENI: OPŠTA DEFINICIJA, VRSTE, DOBIJANJE I POLJE PRIMENE U GRADJEVINARSTVU

Bitumen: crna, na normalnoj temperaturi polukruta ili kruta lepljiva masa potpuno rastvorljiva u ugljendisulfidu (CS2)

predstavlja amorfnu supstancu u formi koloidnog sistema

disperziona sredina: mešavina ulja i smole; disperzna faza: asfalteni i parafini

Osobine bitumena: osobine zavise od temperature

Imaju dobro prijanjanje (adheziju) za kamen, pesak, beton, opeku i druge materijale

Vodonepropustljivi su, zadovoljavajuća otpornost na atmosferske uticaje

Plastičnost

Dele se na: prirodne (u prirodi ili u čistom stanju ili kao pratiosi nekih stena; ekstrakcija iz stena je skupa ai prilično su deficitarni u prirodi)

veštačke ili naftni

Dobijanje: naftni su produkti, ostaci nakon frakcione destilacije nafte kada se iz nje odvoji benzin, kerozin i deo uljnih komponenti

sirova nafta (izdvajanje benzina i kerozina) → mazut (izdvajanje ulja) → BITUMEN

BITUMEN: neposredno koristi ili ide na dodatni tretman →

Dodatni tretman: duvanje (uduvavanje vazduha na visokoj temperaturi, izazivanje oksidacije, polimerizacije, poboljšanje svojstava) – duvani bitumen

deparafinacija (smanjivanje sadržaja parafina i eventualno mešanje sa smolama i uljima)

Sasatv bitumena: zavisi od sastava nafte iz koje se dobija; hemijski elementi koji ulaze u sastav bitumena:

C (70-80%); H (10-15%) S (2-9%) O (1-5%) N (0-2%)

3 osnovne grupe jedinjenja koja ulaze u sasav bitumena:

Ulja: na normalnim temperaturama su u tečnom stanju

zastupljenost u bitumenu je od 45-60%

daju veću pokretljivost bitumenu odnosno niži viskozitet

Smole: na normalnim temperaturama imaju viskozno i plastično ponašanje


nosioci plastičnosti i vezivnih svojstava bitumena

Asfalteni: na normalnim temperaturama su u čvrstom stanju


teškotopljive supstance koje bitumenu daju tvrdoću u termičku postojanost

U sastav bitumena ulazi i parafini koji ako se nalaze u Q > od 2.5% štetno deluju na kvalitet birumena smanjujući mu lepljivost

Radi poboljšanja prionljivosti, bitumen se može mešati sa katranom

Primena: široka primena u oblasti putogradnje (kolovozi, kolovozni zastori), za dobijanje asfalta, hidroizolacija i antikorozione zaštite

BITUMEN: OSNOVNE GRUPE JEDINJENJA BITUMENA I NJIHOVE OSNOVNE ODLIKE (UTICAJ POJEDINIH GRUPA JEDINJENJA NA

SVOJSTVA BITUMENA)

Bitumen: crna, na normalnoj temperaturi polukruta ili kruta lepljiva masa potpuno rastvorljiva u ugljendisulfidu (CS2)

po strukturi: amorfna supstanca u formi koloida

Disperziona sredina: čine je ulje i smola Disperzina faza: čine je asfalteni (i parafin)

Sasatv bitumena: zavisi od sastava nafte iz koje se dobija

C (70-80%); H (10-15%) S (2-9%) O (1-5%) N (0-2%)

Ovi elementi grade složena jedinjenja – ugljovodonike naftenskog (CnH2n) i metanskog reda (CnH2n + 2)

Izdvajaju se grupe ugljovodoničnih jedinjenja sa sličnim svojstvima

3 osnovne grupe tih jedinjenja: ulja, smole i asfalteni

Ulja: na normalnim temperaturama su u tečnom stanju


daju veću pokretljivost bitumenu odnosno niži viskozitet

Smole: na normalnim temperaturama imaju viskozno i plastično ponašanje


nosioci plastičnosti i vezivnih svojstava bitumena

Asfalteni: na normalnim temperaturama su u čvrstom stanju


teškotopljive supstance koje bitumenu daju tvrdoću u termičku postojanost

U sastav bitumena ulazi i parafini koji ako se nalaze u Q > od 2.5% štetno deluju na kvalitet birumena smanjujući mu lepljivost

Radi poboljšanja prionljivosti, bitumen se može mešati sa katranom

Osobine bitumena: zavise od medjusobnog odnosa 3 grupe jedinjenja (ulja, smole, asfaltena, ev.parafina)

zavise i od temperature

Imaju dobro prijanjanje (adheziju) za kamen, pesak, beton, opeku i druge materijale

Vodonepropustljivi su, zadovoljavajuća otpornost na atmosferske uticaje

Plastičnost

Od medjusobnog odnosa ovih grupa jedinjenja zavise i osobine bitumena:

> sadržaj asfaltena i smola povećava tvrdoću, krtost i temperaturu razmekšavanja

> Q ulja dovode do razmekšanja i bitumen čine lako topljivim

Starenje bitumena: promena sastava i osobina tokom vremena a pod dejstvom atmosferskih uslova

Smanjuje se sadržaj ulja i smola, povećava se tvrdoća i krtost

Veštački su više podložni starenju od prirodnih

KATRAN: DEFINISANJE, OSNOVNE ODLIKE, PRIMENA, SUŠTINSKE RAZLIKE U ODNOSU NA BITUMEN

Bitumen i katran spadaju u osnovna ugljovodonična veziva

To je mrko-crvena viskozna tečnost specifičnog mirisa sastavljena od mešavine uljnih frakcija (uglavnom lakša ulja), katranske smole, slobodnog

ugljenika i manje Q fenola, antracena, naftalina, izvesne Q vode

Primena: široka primena u oblasti putogradnje, hidroizolacija i antikorozione zaštite

Osobine katrana: osobine zavise od temperature

(kao i bitumen) imaju dobro prijanjanje (adheziju) za kamen, pesak, beton, opeku i druge materijale

vodonepropustljivi su, zadovoljavajuća otpornost na atmosferske uticaje

plastičnost

Razlika izmedju bitumena i katrana:

dobija se suvom destilacijom organskih materija – kamenog ili mrkog uglja, drveta

prionljivost katranskih veziva za agregat je bolja

brže stare (u njihov sastav ulaze lakša ulja koja isparavaju; procesi oksidacije i polimerizacije utiču na starenje)

osetljivije je na promene temperature

otporan na delovanje naftinih derivata (može se koristiti umesto bitumena koji je osetljiviji)

SVOJSTVA I ISPITIVANJA UGLJOVODONIČNIH VEZIVA

Viskoznost: podrazumeva unutrašnje trenje u tečnostima koje karakteriše sila potrebna da se izvrši pomeranje jednog sloja tečnosti u odnosu a drugi

Viskozimetri - ispitivanje na bazi teorijske viskoznosti i ona se izražava u Pa ∙ s.

Kod katrana posebni viskozimetri: kao pokazatelj viskoznosti usvaja se vreme u sekundama koje je potrebno da kroz odredjenu mlaznicu (otvori od

10 ili 14mm) istekne 50cm3 supstance pri temperaturi od 30 ili 40oC

Reološka svojstva: se ispituju putem specijalnih aparata (elastomeri, reometri i sl) koji definišu funkcionalnu zavisnot t – ε (vreme – deformacija);

Uzorak je izloženog delovanju konstantnog napona σ.

εtren = trenutna deformaciju pri aplikaciji napon σ u vremenu t=0

εpov = povratna vremenska deformacija koja se dobija nakon rasterećenja uzorka

εtraj = trajna deformacija (od posebnog je značaja za bitumen)

povećava se sa povećanjem sadržaja ulja

raste sa povećanjem temperature

raste sa dužinom trajanja opterećenja

Penetracija:je dubina do koje prodire igla standardnih dimenzija u tačno odredjenu Q bitumena, za vreme od 5 sec, na t = 25oC, pod opterećenjem od

100 gr

Penetracija se izražava desetim delovima mm

To je osnovna metoda identifikacije bitumena za kolovozne trake (BIT 200, BIT 130, BIT 45 – igla prodire 20, 13 odnosno 4,5mm)

Penetracijom se definiše i viskoznost bitumena (preko obrazaca azvisnosti penetracija – viskoznost)

Indeks penetgracije IP : je odnos penetracije i temperature razmekšavanja i predstavlja merilo temperaturne osetljivosti bitumena;

Služi za ocenu kvaliteta bitumena (kvalitetniji je ako pri odredjenoj temperaturi ima veću vrednost penetracije)

Etalonski bitumen (na osnovu posebnog načina izračunavanja) ima IP = 0; oni sa većom temperaturnom osetljivošću u odnosu na etalon

imaju negativne vrednosti IP a sa manjom pozitivne

Tačka razmekšavanja: bitumen razmekšava u jednom širem temperaturnom intervalu pa je uveden pojam konvencionalne tačke razmekšavanja

bitumena i to je temperature koja se odredjuje primenom metode prstena i kuglice a pri kojoj bitumen dostiže odredjen stepen

deformacije pri kome kuglica zajedno sa delom bitumena na kome naleže prolazi kroz prsten

isto je jedna od standardnih metoda za identifikaciju bitumena; duvani bitumen 85/40 (tačka razmekšavanja je 85oC i penetracijom 4mm)

Rastegljivost: je osobina bitumena koja zavisi od Q smole (> smole dovodi do > rastegljivosti)

Odredjuje se na duktilometrima: postepeno istezanje uzorka bitumena površine poprečnog preseka na najužem mestu 100mm2, zagrejanog

na 25oC, brzinom istezanja od 5 cm/min do momenta prekida;

mera duktiliteta je apsolutno izduženje uzorka neposredno pre loma; izražava se u mm

Tačka loma po Frasu: temperatura izražena u oC na kojoj bitumen odredjene debljine prsne pod kontrolisanim uslovima hladjenja i savijanja;

prethodno zagrejana pločica sa ravnomerno nanetih 0.4gr bitumena se lagano savija svakog minuta i istovremeno hladi (pad temperature pod

10C/min) pri čemu pri najjačem savijanju razmak krajeva iznosi 36mm; temperatura na kojoj se tokom hladjenja, savijanja i otpuštanja registruje prva

pukotina na sloju bitumena, usvaja se kao tačka loma

Stabilnost bitumena: u cilju smanjenja viskoznosti i obavijanja agregata opnom optimalne debljine, u praksi, bitumen se izlaže dejstvu visokih

temperatura. Usled toga u bitumenu dolazi do hemijskih procesa koji menjaju njegove karakteristike. Za ocenu ovih promena vrši se ispitivanje

stabilnosti bitumena i to: vrši se zagrevanje bitumena na 163oC u trajanju od 5h u posudi prečnika 128mm i u sloju debljine 4mm; nakon toga meri se

gubitak mase i uz rezultate još nekh ispitivanja, nakon poredjenja, donosi se zaključak o stabilnosti bitumena. Tehničkim propisima su definisane

granice u okviru kojih se mogu kretati rezultati nakon ispitivanja stabilnosti

Parafinski broj: odredjivanje % učešće parafina u katranu ili bitumenu i to:

destilacijom na 420o, naknadnim odvajanjem parafina i hladjenjem do -20

oC; Izražava se u težinskim %

UGLJOVODONIČNA VEZIVA: PENETRACIJA I TAČKA RAZMEKŠAVANJA

Penetracija:

je dubina do koje prodire igla standardnih dimenzija u tačno odredjenu Q bitumena, za vreme od 5 sec, na t = 25oC, pod

opterećenjem od 100 gr

Penetracija se izražava desetim delovima mm

To je osnovna metoda identifikacije bitumena za kolovozne trake (BIT 200, BIT 130, BIT 45 – igla prodire 20, 13 odnosno

4,5mm)

Penetracijom se definiše i viskoznost bitumena (preko obrazaca zavisnosti penetracija – viskoznost)

Indeks penetgracije IP :

je odnos penetracije i temperature razmekšavanja i predstavlja merilo temperaturne osetljivosti bitumena;

Služi za ocenu kvaliteta bitumena (kvalitetniji je ako pri odredjenoj temperaturi razmekšavanja ima veću vrednost

penetracije)

Etalonski bitumen (na osnovu posebnog načina izračunavanja) ima IP = 0; oni sa većom temperaturnom osetljivošću u odnosu

na etalon imaju negativne vrednosti IP a sa manjom pozitivne

Tačka razmekšavanja:

Amorfne strukture nemaju uredjen raspored čestica kao što to ima čvrsto jedinjenje i zato kod ove grupe

jedinjenja ne postoji oštra granica izmedju prelaska iz čvrstog u tečno stanje; Kod njih se javlja Interval

razmekšavanja u kome nastaje neprekidnog menjanja pojedinih svojstava materijala da bi tek nakon toga

dobila osobine tečnostibitumen razmekšava u jednom širem temperaturnom intervalu pa je uveden pojam

konvencionalne tačke razmekšavanja bitumena i to je temperature koja se odredjuje primenom metode

prstena i kuglicea pri kojoj bitumen dostiže odredjen stepen deformacije pri kome kuglica zajedno sa delom

bitumena na kome naleže prolazi kroz prsten

isto je jedna od standardnih metoda za identifikaciju bitumena; duvani bitumen 85/40 (tačka razmekšavanja

je 85oC i penetracijom 4mm)

UGLJOVODONIČNA VEZIVA: RASTEGLJIVOST (DUKTILITET) I TAČKA LOMA PO FRASU, ISPITIVANJE I ZNAČAJ KOD PRIMENE

Rastegljivost: je osobina bitumena koja zavisi od Q smole (> smole dovodi do > rastegljivosti)

Odredjuje se na duktilometrima: postepeno istezanje uzorka bitumena površine poprečnog preseka na najužem mestu

100mm2, zagrejanog na 25

oC, brzinom istezanja od 5 cm/min do momenta prekida;

mera duktiliteta je apsolutno izduženje uzorka neposredno pre loma; izražava se u mm

Tačka loma po Frasu: temperatura izražena u oC na kojoj bitumen odredjene debljine prsne pod kontrolisanim

uslovima hladjenja i savijanja; prethodno zagrejana pločica sa ravnomerno nanetih 0.4gr bitumena se lagano savija

svakog minuta i istovremeno hladi (pad temperature pod 10C/min) pri čemu pri najjačem savijanju razmak krajeva

iznosi 36mm; temperatura na kojoj se tokom hladjenja, savijanja i otpuštanja registruje prva pukotina na sloju

bitumena, usvaja se kao tačka loma

PRIMENA UGLJOVODONIČNIH VEZIVA KOD KOLOVOZNIH ZASTORA NA PUTEVIMA, VRSTE I OZNAKE OVIH VEZIVA

Bitumeni za kolovozne zastore:

5 vrsta i to prema vrednosti penetracije – BIT 200, BIT 130, BIT 45, BIT 25 i BIT 15

Primena: za asfaltne kolovoze, sirovina za industrijsku proizvodnju bitumenskih emulzija i razredjenih bitumena, proizvodnja

hidroizolacionih materijala

poboljšanje kvaliteta: dodavanje povšinski aktivnih materija – tzv. Dopovi;

modifikovani bitumeni – poboljšanja reološka svojstva dodatksom sintetičkih smola

Razredjeni bitumeni za kolovozne zastore:

Bitumeni čija je viskoznost privremeno snižena dodatkom nekih rastvarača koji posle ugradjivanja bitumena delimično ili potpuno ispare

5 vrsta (prema graničnim vrednostima viskoznosti u sec): RB 0/1, RB 5/10, RB 30/50, RB 100/170 i RB 200/300

Primena: pogodni za površinske obrade i stabilizacije tla bitumenom; prilikom mešanja sa kamenim agregatom mogu se zagrevati do 90o

Spadaju u grupu zapaljivih materija

Bitumenske emulzije:

Pripadaju kategoriji disperznih sistema; sastoje se od bitumena (disperzna faza) i vode (disperzna sredina) sa emulgatorima

Voda omogućava rad po hladnom postupku

Vrste: prema brzini raspadanja (odnosno stabilnosti) dele se na:

NE 50 (nestabilne), PE 55 (polustabilne) i SE 55 (stabilne bitumenske emulzije)

Broj u oznaci označava minimalni sadržaj bitumena u % (sadržaj bitumena u emulzijama 50-70%)

Emulzije mogu da budu bazne i kisele

Upotreba: površinske obrade, stabilizacija tla, asfalti za popravke kolovoza

Katrani za kolovoz:

Dobijaju se razredjivanjem katranske smole dodatkom katranskih ulja što dovodi do promene viskoznosti

5 vrtsa katrana (obzirom na viskoznost): K 10/17, K 20/35, K 80/125, K 140/240 i K 250/500

Primena: za izradu kolovoznih zastora (sami ili u kombinaciji sa bitumenom u donosu katran : bitumen = 85 : 15)

Hladni katrani za kolovoze:

Katrani čija je viskoznost privremeno sbižena dodatkom ulja za razredjivanje koje nakon ugradjivanja oksidiše ili ispari

Sasatav: obično oko 85% katrana i 15% ulja

ASFALTNI BETONI: VRSTE, KOMPONENTNI MATERIJALI

Asfalti su veštački kameni materijali dobijeni očvršćavanjem racionalno sastavljenih mešavina od:

ugljovodoničnih veziva (bitumena i/ili katrana)

kamenog brašna

krupnijeg kamenog agregata (rečnog ili drobljenog)kako se mogu naći i u prirodi, može se govoriti o prirodnim i veštačkim asfaltima

U zavisnosti od vrste mešavina postoji više tipova asfalta:

asfalti površinske obrade liveni asfalti

asfalti penetraciej, polupenetracije i zasuti makadami specijalni asfalti

asfaltni betoni

Komponentni materijali:

Ugljovodoničnih veziva u ukupnoj asfaltnoj masi je 5-12%

Kameno brašno (filer):

Q u ukupnoj asfaltnoj masi je od 5-20%

Agregat sa česticama krupnoće ispod 0.09 mm (0/0.09mm), za razliku od betona gde su štetne, ovde su neophpdno potrebne

(samo kombinacija ugljovod.vezivo-filer obezbedjuje dobru vezu izmedju krupnijih zrna agregata a asfaltni beton dobija zadovoljavajuću

čvrstoću i otpornost na temperaturne uslove)

dobija se mlevenjem krečnjačkog kamena

Pesak: veličina zrna takva da prolazi kroz sito od 2mm a ostaje na situ od 0.09mm

granulometrijski sastav da odgovara propisima

mora da bude čist

Kamena sitnež

Običan i lemenit kameni sitnež: više puta drobljen, prosejavan i očošćen od prašine

Površoinski aktivni dodaci :

Pob oljšavaju pokretljivost mešavine, samim tim i ugradljivost

Asfaltni betoni (vrste):

Vrući asfaltni betoni (izradjuju i ugradjuju po vrućem postupku) Hladni asfaltni betoni (ugradjuju po hladnom postupku)

to asfal.mešavine na mestu spravljanja je 175-190

oC a t pri spravljanju je 60-80

oC

to na mestu ugradjivanja 130-150

oC pri transportu i izlivanju na hladnu podlogu, potpuno ohlade

vezivo su bitumeni za kolovozne zastore; vezivo su razredjeni bitumeni i katrani za kolovoze

agregat: pesak (0.09/2mm) + kamena sitnež 2-22.4mm agregat: pesak (0.09/2mm) + kamena sitnež 2-12.5mm

ASFALTNI BETONI: SASTAVLJANJE MEŠAVINA I OSNOVNA SVOJSTVA

Optimalna struktura: struktura pri kojoj zrna agregata (pesak i kamena sitnež) uspostavljaju medjusobni kontakt kroz tanke proslojke veziva

(ugljovodonični materijali u filer)

Q ugljovodoničnog veziva treba da bude najmanja moguća ali da se obezbedi dobra obradljivost (posebno kod zbijanja)

Mora se zadovoljiti odredjen granulometrijski sastav: u praksi se koristi kriva oblika

Y = 100 ( � ) n koja za n = ½ odgovara Fulerovoj krivoj; vrednosti n = od 1/1.5 – 1/3

> n → > Q sitnih frakcija; < n → obrnuto

• Potrebna masa ugljovodoničnog veziva za spavljanje 1m3 zbijenog asfaltnog betona, se izračunava na nekoliko načina:

Vp = (1 – γz / γ) Vp = zapremina praznih prostora u jedinici zapremine agregata

γ = zapreminska masa agregata; γz = zapreminska masa zbijenog agregata

muv = γuv ∙ (1 – γz / γ) γuv = specifična masa veziva; (prazni prostori treba da budu kompletno ispunjenm vezivom)

• uz uslov da sva zrna agregata budu obavijena slojem veziva debljine e:

Vuv = e ∙ ∑ F(1) Vuv = zapremina upotrebljenog ugljovodoničnog veziva

∑ F(1) = površina svih zrna u jedinici zapremine agregata u zbijenom stanju

muv = γuv ∙ e ∙ ∑ F(1) muv = masa ugljovodoničnog veziva

e = 20 ∙ �g0.8 prečnik srednjeg zrna zamišljenog agregata čija bi sva zrna imala ukupnu P o kojoj se radi

• potrebna Q i iz obrasca:

muv = k0 ∙ ∑ F(1) k0 = optimalna potrebna Q ugljovodoničnog veziva, odredjuje eksperimentalnim putem

• prema empirijskim obrascima:

pb = 4 ∙ h (# pb =masa bitumena u % u odnosu na masu agregata

S1 = površina svih zrna u m3 za 1kg agregata

orijentacione specifične mase: bitumena 1000-1100 kg/m3 katrana 1100 – 1200 kg/m

3

po izračunavanju sastava mešavine, prethodno uraditi sva potrebna ispitivanja pa potom se utvrdjuju konačne zapremine za predvidjene radove

ASFALTNI BETONI: TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE (SPRAVLJANJE I UGRADJIVANJE ASFALTNIH BETONA)

Tehnologija proizvodnje:

I etapa: proizvodnja mešavine asfaltnog betona u specijalnom pogonu poluindustrijskog tipa

Drobljenje kamena i separisanje – dobijanje peska i kamene sitneži

Mlevenjem krečnjaka – dobijanje filera

Doziranje mateirjala (mineralnih materija i ugljovodoničnog veziva

Zagrevanje, sušenje i obezprašivanje peska i kamene sitneži

Mešanje mineralnih materija sa zagrejanim ugljovodoničnim vezivom (u posebnim mešalicama uz

obezbedjenje nepromenljvosti radne temperature)

II etapa: ugradjivanje u kolovozni zastor

Dopremanje do mesta ugradjivanja: specijalnim vozilima; vruć asfaltni beton - obezbediti da temperatura na mestu ugradjivanja ne bude

niža od propisane

Ugradjivanje se obavlja samo pod povoljnim vremenskim uslovima

Za ugradjivanje se koriste specijalne mašine (raporedjivači, finišeri) ali može i ručno (na nepristupačnim mestima, krivinama)

Zbijanje mase – valjcima, izuzetno ručno – nabijačima (nepristupačna mesta)

Vrući asfaltni betoni: zbijanje se završava tokom ugradjivanje i valjanja

Hladni asfaltni betoni: tokom ugradjivanja zbijanje je delimično; konačno se ostvaruje tek nakon odredjenog vremena pod

dejstvom saobraćajnog opterećenja; oni očvršćavaju usled procesa oksidacije, isparavanja i delimičnog upijanja pojedinih

komponenti veziva (razredjivači) i proces traje 20-30 dana

LIVENI ASFALTI: VRSTE, (PODELA), KOMPONENTNI MATERIJALI I TEHNOLOGIJA IZRADE

Livebi asfalti su mešavine mineralnih materija i veziva bez šupljina koje se prilikom ugradjivanja ne valjaju niti vibriraju

Komponente:

bitumeni za kolovozne zastore: svi bitumeni za kolovoze;

sadržaj bitumena u mešavini: 6.5-9%

kamena sitnež: plemenita kamena sitnež krupnoće 2-12.5 (2 ili >x drobljena, prosejana i očišćena od prašine)

čvrstoća kamena od 140-160 MPa

pesak i filer: filera najmanje u Q od 20%; Q peska: dopuna do 100%

Prema sastavu mase dele se na:

Obične livene asfalte (spravljaju sa 30-40% kamene sitneži) Tvrdi liveni asfalti (> 40% kamene sitneži)

Plemenita kamena sitnež: 30-40% Plemenita kamena sitnež: 40-55%

Bitumen: 6.5-9% Bitumen: 6.5-9%

Filer min 20% Filer min 20%

Pesak: dopuna do 100% Pesak: dopuna do 100%

% šupljina zbijene nimeralne mase: max 22% % šupljina zbijene nimeralne mase: max 18%

Spravljanje i ugradjivanje livenih asfalta:

Spravljanje: u stalnim ili pokretnim kazanima ili u stalnim postrojenjima – asfaltnim bazama

u svim slučajevima mešavina se kuva na T od 180-2400C 4-6h intenzivno mehaničko mešanje

Transport: naročiti pokretni kazani sa uredjajima za mešanje i održavanje temperature

Ugradjivanje: ne sme se ugradjivati po kiši i vlazi; mora se nanositi na potpuno suvu podlogu

Masa se izručuje na samo mesto ugradjivanja

Mašinsko ugradjivanje: specijalnim finišerima – masu razlivaju i ugradjuju putem zagrejane talpe

ručno ugradjivanje: samo za male Q; pomoću drvenih lopatica i pegli

Rapavljenje: površina se rapavi posipanjem kamene sitneži svetle boje preko još tople mase ili valjanjem lakim zupčastim valjcima

OZNAČAVANJE BITUMENA ZA INDUSTRIJSKE SVRHE

Zbog svojih reoloških osobina, bitumen se retko primenjuje za hidroizolacije u izvornom obliku

Bitumeni za hidroizolaciju:

retko se primenjuje u izvornom obliku već se industrijski preradjuje

najširu primenu imaju industrijski bitumeni koji se dobijaju postupkom duvanja

imaju visoku tačku razmekšavanja, malu penetraciju (veći indeks penetracije)

niska tačka loma po Frasu (veći stepen plastičnosti)

6 vrsta duvanih bitumena sa opšton oznakom „ind.bit“ i sledećim brojnim oznakama: 70/30, 85/25, 85/40, 105/15, 115/15 i 135/10

(prvi broj je srednja vrednost tačke razmekšavanja a drugi je srednja vrednost penetracije)

Ostala obeležavanja bitumena: BIT 200, BIT 130, BIT 45, BIT 25 i BIT 15– igla prodire 20, 13 odnosno 4,5mm

Razredjeni bitumeni: RB 0/1, RB 5/10, RB 30/50, RB 100/170 i RB 200/300 (prema graničnim vrednostima viskoznosti u sec)

Bitumenske emulzije: NE 50 (nestabilne), PE 55 (polustabilne) i SE 55 (stabilne bitumenske emulzije)

Katrani za kolovoz: K 10/17, K 20/35, K 80/125, K 140/240 i K 250/500

BITUMENSKI HIDROIZOLACIONI MATERIJALI U ROLNAMA

Da bi se primenio kao hidroizolacioni materijal bitumen mora da bude:

na relativno visokim temperaturama mora da ima dovoljno veliku viskozbost (izbegavanje razmekšavanje bitumena, curenja i trajnih deformacija)

na niskim temperaturama da bude dovoljno elastičan (da ne bi piucao)

dovoljnu plastičnost (da bi se bez oštećenja prilagodio deformacijama podloge)

dovoljno otporan prema starenju

To su bitumenski trakasti proizvodi koji se pakuju u rolne

proizvode se impregnisanjem, impregnisanjem i oblaganjem ili samo oblaganjem odgovarajućih uložaka čistim ili modifikovanim

bitumenom, sa ili bez punila

ulošci su: sirovi krovni karton, sirova juta,stakleni voal, staklena tkabnina, polietraski filc, azbestna lepenka i dr

Ispitivanjima su utvrdjene ošte osobine traka: sadržaj veziva, vrsta i sadržaj uloška, postojanost na t od 0-700C, prekidna sila, izduženje i

vodonepropustljivost trake pri P 1.0 bar/za 1h

Vrste:

bitumenizirani krovni karton

bitumenizirani perforirani stakleni voal

impregnisana jutana tkanina

natopljena jutana tkanina sa obostranom prevlakom

bitumenska traka sa uloškom od sirovog krovnog kartona

bitumenska traka sa uloškom od staklenog voala

bitumenska traka sa uloškom od staklene tkanine

bitumenska traka sa uloškom od aluminijumske folije

BITUMENSKI HIDROIZOLACIONI MATERIJALI: OSNOVNI USLOVI ZA MATERIJALE KOJI SE PRIMENJUJU U IZOLACIJAMA, VRSTE I

OZNAKE

Svaki materijal koji se primenjuje u hidroizolaciji treba da bude:

nepropustljiv za vlagu i vodu

dovoljno plastičan na niskim i postojan na povišenim temperaturama

sposoban da bez oštećenja prati deformacije podloge i da premosti manje pukotine u njoj

otporan na mehaničke i atmosferske uticaje (prema starenju)

prionljiv za druge materijale

bez štetnog delovanja na materijale sa kojima dolazi u dodir, na ljude i okolinu

primenljiv pri različitim uslovima rada

dobar elektroizolator

pogodan za primenu u smislu težine, otpornosti prema oštećenjima tokom rada, lake nabavke i sl

Da bi se primenio kao hidroizolacioni materijal bitumen mora da bude:

na relativno visokim temperaturama mora da ima dovoljno veliku viskozbost (izbegavanje razmekšavanje bitumena, curenja i trajnih

deformacija)

na niskim temperaturama da bude dovoljno elastičan (da ne bi piucao)

dovoljnu plastičnost (da bi se bez oštećenja prilagodio deformacijama podloge)

dovoljno otporan prema starenju

Poboljšavanje mahaničkih svojstava se postiže:

mešanjem sa nekim organiskim jedinjenjima:

smanjuje se penetracija, poboljšava temperaturna osetljivost, poveća tačka razmekšavanja, povećava viskoznost

upotrebom raznih vrsta armatura:

sirovi krovni karton, sirova jutana tkanina, aliminijumska folija, poliestarski filc, azbestna lepenka)

Bitumeni za hidroizolaciju:

retko se primenjuje u izvornom obliku već se industrijski preradjuje

najširu primenu imaju industrijski bitumeni koji se dobijaju postupkom duvanja

imaju visoku tačku razmekšavanja, malu penetraciju (veći indeks penetracije)

niska tačka loma po Frasu (veći stepen plastičnosti)

6 vrsta duvanih bitumena sa opšton oznakom „ind.bit“ i sledećim brojnim oznakama: 70/30, 85/25, 85/40, 105/15, 115/15 i 135/10

(prvi broj je srednja vrednost tačke razmekšavanja a drugi je srednja vrednost penetracije)

Bitumenski hidroizolacioni materijali:

hidroizolacioni materijali na bazi organskih rastavrača za hladni postupak (premazi do 1 mm i namazi debljine 1-5mm)

hidroizolacioni materijali na bazi bitumenskih emulzija za hladni postupak (bitumeni emulgovani u vodi; premazi, tečni namazi, namazi u

obliku pasta)

hidroizolacioni materijali za topli postupak (duvani bitumeni i neki za kolovoze; namazi za podzemne, nadzemne radove i medjusobno

lepljenje traka kod višeslojnih hidroizolacija)

hidroizolacioni materijal od mastiksa (industrijska mešavina bitumena za kolovoze sa različitom Q filera, peska i kamene sitneži; izolacioni i

zaštitni)

POLIMERI: DEFINICIJA, OSNOVNE ODLIKE, POJAM POLIMERIZACIJE

to su složene organske supstance koje se dobijaju hemijskom sintezom jednostavnijih jedinjenja, monomera

Prirodni: proteini, celuloza i dr.

Veštački (sintetičke smole):

POLIMERI: STRUKTURA I PONAŠANJE POLIMERA PRI ZAGREVANJU

POLIMERI: TERMOPLASTIČNI POLIMERI, TERMOTEHNIČKA KRIVA

MEHANIČKA SVOJSTVA TERMOPLASTIČNIH POLIMERA, RADNI DIJAGRAM

MEHANIČKA SVOJSTVA TERMOSTABILNIH POLIMERA, RADNI DIJAGRAM

REOLOŠKA SVOJSTVA POLIMERA

VRSTE TERMOPLASTIČNIH POLIMERA

VRSTE TERMOSTABILNIH POLIMERA

KAUČUK (ELASTOMERI) I GUMA: DEFINICJA, OSNOVNA SVOJSTVA

PLASTIČNE MASE: POJAM, SASTAV, OSNOVNA SVOJSTVA

PLASTIČNE MASE: PROIZVODI KOJI SE KORISTE U GRADJEVINARSTVU

POLIMERBETONI I BETONPOLIMERI

EPOKSIDI (EPOKSIDNE SMOLE): SVOJSTVA I PRIMENA U GRADJEVINARSTVU

1. METALI I NJIHOVE LEGURE: OSNOVNE ODLIKE, STRUKTURA, PRIMENA

Osnovne osobine metala:

karakterističan metalni sjaj, sposobnost plastičnog deformisanja, toplotna i električna provodljivost

(ove osobine su povezane sa unutrašnjom gradjom metala koju karakterišu metalne molekulske veze)

Metali imaju visoke mehaničke karakterstike, mogu se obradjivati deformacijom (valjanje, kovanje, izvlačenje), mogućnost livenja, zavarivanja

Nedostaci: značajne zapreminske mase, skloni koroziji, značajno deformisanje pri visokim temperaturama

Dobijanje metala: vadjenje, obogaćivanje rude, topljenje poluproizvoda, prerada poluproizvoda

Dele se na crne (Fe i njegove legure) i obojene (Al, Cu, Zn, Pb)

Legure: nastaju interakcijom dva ili više metala ili metala i nemetala

po mehaničkim, tehnološkim i drugo svojstvima kao i u ekonomskom pogledu, legure su povoljnije za promenu od čistih metala

najviše se primenjuju legure Fe – oko 95% (čisti obojeni metali i njhove legure se retko koriste)

Struktura:

čisti metali i njihove legure imaju kristalnu strukturu

kubna zapreminski centrirana rešetka (Fe, hrom, volfram, molibden)

kubna površinski centrirana rešetka (Al, Cu, Pb, Ni)

heksagonalna rešetka (Zn, Mg, kadmijum)

Kristalna rešetka se formira tokom kristalizacije – proces obrazovanja kristala iz

rastopljenog metala

Oblik, veličine i orijentacija kristala mnogo utiču na sva svojstva metala i njihovih

legura

Očvršćavanje metala počinje i završava na istoj temperaturi

Zastoj u hladjenju (M-N) – zbog oslobadjanja skrivene toplote topljenje

Temperature topljenja koje su jednake temperaturama kristalizacije se kreću od -38.9

do 34100C

Pored ove primarne kristalizacije, postoji i sekundarna (promena kristalne strukture u čvrstom stanju), i u dijagramima hladjenja ovih metala

postoji više tačaka zastoja hladjenja

Alotropija: pojva promene kristalne struktur; alotropske modifikacije : tačke zastoja u hladjenju

Primena:

belo Fe: C je hemijski vezan u obvliku jedinjenja Fe3C; dalje se preradjuje u čelik

sivo Fe: C delimično izlučen u obliku grafita; daljom preradom dobijaju se livena gvoždja

primena livenog gvoždja: kanalizacione cevi, poklopci šahtova; vodovodne cevi i vodovodna armatura; radijatori za centralno grejanje

legirani čelik: primenjuju se izuzetno retko: čelici za noseće konstrukcije, niskougljenični čelici za limove (tanki do 3mm, srednji do 4.75mm i

grubi > 4.75), pocinkovani čelični limoci (0.45-4.0mm), brazdasti i bradavičasti limovi (za gazišta na metalnim stepenicama)

ugljenični: najčešće primenjuje – gradjevinski čelici (navesti ih)

2. GVOŽDJE I LEGURE GVOŽDJA: STRUKTURA, DOBIJANJE GVOŽDJA I ČELIKA

elementarno Fe nije pogodno za tehničku upotrebu, (fz svega oko 200 MPa)

najviše se primenjuje legura Fe – čelik (fz = 400-2 000 MPa);

elementi za legiranje: C, SI, Mn, Ni, Cr, Mo, W; primese u čeliku: S, P, N, O i dr

Sve legure u kojima je Q C < 2% nazivaju se čelici a one gde je Q C > 2% su sirovo Fe.

Dobijanje metala: vadjenje, obogaćivanje rude, topljenje poluproizvoda, prerada poluproizvoda

Struktura Fe i njegovih legura:

Fe: ima kristalnu strukturu; kristalna rešetka oblika kocke, prostorno ili površinski centrirana; 4

alotropske modifikacije: Feα, Feβ, Feγ, Feδ

T > 1539 → Fe je u tečnom stanju – rastop

T = 1539 → započinje i završava očvršćavanje; tu nastaje i zastoj hladjenja - Feδ

T = 1401 → transformacija Feδ u Feγ uz temperaturni zastoj

T = 898 → Feγ u Feβ

T = 768 → Feβ u Feα

daljim padom ne nastaju nikakvi drugi preobražaji

Prilikom zagrevanja Fe nastaju iste transformacije uz temperaturne zastoje koji ovde odgovaraju

vezivanju toplote

postoje manje temperaturne razlike na nekim mestima nastanka alotropskih modifikacija

Feα = do 7680, kubna prostorno orijentisana rešetka ima magnetična svojstva, ostali ne

Feβ = 768-9110 (pri hladjenju do 898

0); kubna povrpinski orijentisana rešetka

Feγ = 911 (pri hladsjenju od 8980) do 1401

0; kubna, prostorno orijentisana rešetka

Feδ = 1401-15390; kubna, prostorno orijentisana rešetka

Osnovni legirajući ekement prisutan u čeliku je C koji može biti:

rastvoren u Fe (čvrst rastvor C u Fe)

i vidu jedinjenja Fe3C (karbid Fe) – cementit

u obliku izlučenog grafita tj.kao komponenta smeše Fe-C

Austenit – čvrsti rastvor C u Feγ (visoka plastičnost)

Dobijanje Fe i čelika:

I faza: u visokim pećima iz rude se dobija sirovo Fe (>2%C)

II faza: redukcija do C<2% + smanjenje sadržaja S i P

I faza: dobijanje sirovog Fe u visokim pećima uz istovremeno otklanjanje štetnih primesa (S i P)

FeO (iz rude) + koks + topitelji + zagrejan vazduh 600-9000 → iz mase se na dnu izdvaja tečno sirovo Fe a na njemu pliva troska

koks = redukciono sredstvo (obezbedjuje redukciju oksida Fe iz rude)

topitelji (kreč, pesak) → snižavaju temp.topljenja rude, grade jedinjenja sa štetnim supstancama gradeći trosku ili zguru

uduvavanje zagrejanog vazduha sa postizanjem temperature oko 20000 pri dnu peći

sirovo Fe i troska se ispuštaju kroz različite otvore a Fe se izliva u kalupe

takvo Fe predstavlja poluproizvod

belo Fe: C je hemijski vezan u obvliku jedinjenja Fe3C; dalje se preradjuje u čelik

sivo Fe: C delimično izlučen u obliku grafita; daljom preradom dobijaju se livena gvoždja

liveno Fe ima relativno veliku čvrstoću na P ( do 1200) znartno manja čvrstoća na zatezanje i savijanje (100-600), mala žilavost

primena livenog: kanalizacione cevi, poklopci šahtova; vodovodne cevi i vodovodna armatura; radijatori za centralno grejanje

II faza: dobijanje čelika smanjivanjem Q C u belom sirovom Fe do granice od max 1%

Konvertorski postupak: u konvertorima se kroz masu rastopljenog belog sirovog Fe uduvava vazduh pri čemu nastaje oksidacija C do

CO i CO2 uz obrazovanje troske

Besemerov: obloga konvertora je kisela ; preradjuje se sirovo Fe sa > % Si (do 2%) i Mn (do 1.5%)

a minimalni P i S; troska sadrži SiO2 i MnO

Tomasov: obloga konvertora je kisela pa preradjuje sirovo Fe sa sa > Q P (do 2%) a minimalni Si i S

troska ima visok sadržaj P

Kiseoničko-konvertorski postupak: umesto vazduha uduvava se čist O2 sa nastankom jake oksidacije i temperature do 3 0000

dobija se kvalitetniji čelik

Simens-Martenov postupak: ekonomičniji od prethodna dva; dobija se kvalitetan čelik nezavisno od vrste primesa (i sa > Q S i P)

kiseonik se ubacuje u obliku FeO pri čemu se koriste i otpaci Fe i čelika

Elektropostupak: za proizvodnju čelika tačno odredjenog hemijskog sastava i sa minimalnim sadržajem S, P, O2 i drugih primesa

postupak je dosta skup

Duplex postupak: ekonomičniji je od prethodnog; najpre se za dobijanje čeila koristi konvertorski postupak a nakon toga se on doradjuje u

elektropećima do željenog sastava

3. PRERADA ČELIKA DEFORMACIJOM: OSNOVNI POSTUPCI PRERADE, UTICAJ NAČINA PRERADE NA SVOJSTVA ČELIKA

Da bi se dobio odredjeni čelični proizvod, izliveni ingot se podvrgava raznim načinima prerade deformacijom i to:

Valjanje: limovi, šipke, valjani profili

propuštanje zagrejanog ingota izmedju valjaka koji se okreću u suprotnim smerovima; razmak valjaka je < od debljine materijala; materijal

prolazi kroz nekoliko valjaka sa sve manjim razmacima do željenih dimenzija; mogu se koristiti dva a sve više i tri valjka

za proizvodnju šipki postoje specijalni kalibrirani valjci sa žljebovima odredjenih profila (Uarmature, šine)

Izvlačenje: okrugli profili manjih dimenzija

provlačenje šipki dobijenih valjanjem kroz matrice manjeg prečnika od polaznih šipki; materijal se u većoj meri nego kod valjanja sabija,

dobija > gustinu, utiče se na veličinu kristalnih zrna, u velikoj meri se menja struktura i utiče na svojstva materijala

Mehanička i tehnološka svojstva proizvoda dobijenih na ova dva načina zavisi kao od hemijskog sastava materijala tako i od tehnologije prerade

u prvom redu, ova svojstva zavise od toga da li se primenjuje toplo ili hladno valjanje odnosno izvlačenje, zatim od nivoa temperature u obradi na

toplo; bitnu ulogu ima i stepen sažimanja kako kod obrade na toplo još i više na hladno

zbijanje u toplom stanju: uslovljava smanjenje kristalnih zrna i njihov kompaktniji raspored što doprinosi povećanju mehaničke orpornoti

materijala;

hladna deformacija (valjanje i izvlačenje): dolazi do usmeravannja kristalnih zrna čime se postiže vrlo velika čvrstoća ali uz smanjenje žilavosti

svi postupci obrade na hladno mogu biti praćeni i medjufaznim zagrevanjem kao i raznim postupcima termičke obrade

patentirana žica (široka primena u prednaprezanju) se dobija kombinovanjem ova dva postupka (valjanje na toplo – zagrevanje – hladjenje

na 5000– postepeno hladjenje do normalne t – provlačenje kroz matrice (sažimanje) → dobija se hladno vučeni čelik ima vrlo visoki fz

ovakav materijal se može podrvći i dopunskom tretmanu („opuštanje“) koja podrazumeva ponovno zagrevanje hladno vučene žice sa postupnim

hladjenjem (čvrtoća zatezanja se povećava za 10% a poboljšava se i žilavost)

Sitnozrni materijali: uvek imaju > čvrstoću i tvrdoću

Krupnozrni materijali: po pravilu imaju > plastičnost

Kovanje: veći komadi koji se teško valjaju

plastična obrada u toplom stanju gde se čelik oblikuje udarom, sila se na element nanosi trenutno (kod presovanja postupno)

obradjuju se veći komadi koje je teže valjati

slobodno kovanje: rasprostiranje materijala bez ikakvog ograničenja upravno na dejstvo sile

kovanje u matricama (kalupima): kovanje do ispunjavanja kalipa

Presovanje: postepeno nanošenje sile na materijal; postupak može i na toplo i na hladno

zapreminsko (za dobijanje elemenata složenih oblika)

presovanje čeličnih ploča i limova na hladno (elementi složenih oblikasa tankim zidovima)

Extrudiranje (istiskivanje): šipke, štapovi

zagrejan materijal se istiskuje kroz matrice odredjenog oblika

svi postupci se mogu vršiti „na toplo“ i „na hladno“

Postupak: zagrevanje ingota do austeničnog područja (plastičnost ovog oblika čelika); mora se definisati temperaturni interval najoptimalniji

za preradu pa se često primenjuje i medjufazno zagrevanje

4. KLASIFIKACIJA I OZNAČAVANJE ČELIKA: OSNOVNA PODELA, ZNAČENJE PRVA DVA SIMBOLA U OZNAČAVANJU

Podela čelika:

prema postupku dobijanja: Besemerov, Tomasov, Simens-Martenov, elektro čelik

prema hemijskom sastavu: ugljenični, legirani, mikrolegirani

ugljenični: odlučujući uticaj na osobine čelika ima C dok su ostalu elementi primese;

prateći elementi su: Mn, Si i nisu od uticaja na osobine čelika; P i S

legirani: za svaki element osim C postoji odredjen granični sadržaj u čeliku;

ukoliko je sadržaj nekog elementa veći od granične vrednosti a u cilju uticanja na neku osobinu čelika, takav element je

legirajuća komponenta

niskolegirani čelici: ako je zbir procenata legirajućih elemenata < 5%

visokolegirani čelici: ako je zbir > 5%

primenjuju se izuzetno retko: čelici za noseće konstrukcije, niskougljenični čelici za limove (tanki do 3mm, srednji do

4.75mm i grubi > 4.75), pocinkovani čelični limoci (0.45-4.0mm), brazdasti i bradavičasti limovi (za gazišta na

metalnim stepenicama)

prema nameni: konstrukcioni, alatni

konstrukcioni: upotrebljavaju za izradu konstrukcijskih elemenata ili čeličnih konstrukcija u celini (predmeti široke potrošnje do

konstrukcija u gradjevinarstvu, mašinogradnji, brodogradnji...)

za izbor konstrukcijskih čelika odlučujuću ulogu imaju mehanička i tehnološka svojstva (fz, σvi, ρ, osetljivost prema krtom

lomu, pojavi prslina i dr

alatni: za izradu raznih alata, za obradu svoih vrsta materijala, kako u hladnom tako i u toplom stanju

za upotrebljivost alatnih čelika, mehanička (osim tvrdoće i žilavosti) svojstva nemaju većeg značaja.

Odlučujuća su tehnološka svojstva, postojanost na povišenim temperaturama, dimenzionalna postojanost i sl.

prema kvalitetu:

obični: negarantovan sastav i nepropisan sadržaj nečistoće

kvalitetni i plemeniti: garantovan hemijski sastav i limitirana nečistoća – kod plemenitog je nečistoće daleko manje nego kod kvalitetnog

Označavanje čelika:

dopunska oznaka

↓

Č

↑

osnovna oznaka

Osnovna oznaka: 4 ili 5 brojčanoih simbola;

prvo brojno mesto označava vrstu čelika i to: 0 = ugljenični čelik negarantovanog sastava

1 = ugljenični čelik garantovanog sastava (utvrdjenog sastava i mehaničkih svojstava)

ako je na prvom mestu 0 ili 1, broj na drugom mestu se odnosi na zateznu čvrstoću (0 = nije utvrdjena; od 1-9 utvrdjene čvrstoće)

2-9 legirani čelik garantovanog sastava

(brojevi od 2-9 su brojčani simboli najuticajnijeg legirajućeg elementa)

drugo brojno mesto kod legiranih čelika nosi brojni simbol drugog po uticaju legirajućeg ečementa

treće i četvrto brojno mesto: označavaju ili čistoću (kod ugljeničnih) ili namenu (kod ostalih)

U gradjevinarstvu se uglavnom primenjuju ugljenični čelici sa negarantovanim sastavom ali sa garantovanim mehaničkim svojstvima

5. BETONSKI ČELIK: GLATKA, REBRASTA I MREŽASTA ARMATURA: OZNAKE KLASE KVALITETA, USLOVI KVALITETA, PREČNICI, NAČIN

ISPORUKE

više vrsta čelika se koristi za armiranje betonskih elemenata i konstrukcija; brojčane oznake ukazuju na mehaničke karakteritike odredjene vrste čelika

Č.0200 220/340 220-granica razvlačenja ; 340-zatezna čvrstoća

Glatka armatura:

GA 220/340 (Č.0200) prečnici: φ 5,6,8,10,12 mm

(φ 5-12mm) isporuka: koturovi za sve prečnike

GA 240/360 (Č.0300) prečnici: φ 5,6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,32,36 m

(φ 5-36mm) isporuka: koturovi do φ 22mm

petlje: do φ 28 mm

prave šipke 12-20m: za φ > 28mm

Rebrasta armatura:

RA 400/500-1: samo za statička opterećenja: φ 6,8,10,14mm (φ 6-14mm)

RA 400/500-2: za statička i dinamička: φ 6,8,10,12,14,16,19,22,25,28,32,36,40mm

(φ 6-40mm) isporuka:koturovi do φ 14mm; petlje: do φ 22 mm

prave šipke 12-20m: za φ > 22mm

Mrežasta armatura: (zavarena čelična mreža; proizvodi od 2 vrste čelika)

MAG 500/560: glatke čelične šipke

MAR 400/500 rebraste čelične šipke prečnici šipki su najčešće φ 6-14mm

isporuka: table dužine L = 5.00m, širine B = 2.70m sa pravougaonim ili kvadratnim okcima

„Bi“-armatura: specijalno oblikovana armatura BiA 680/800

6. GRADJEVINSKI ČELICI: VRSTE I NAČIN DOBIJANJA POJEDINIH PROIZVODA, OSNOVNE ODLIKE, FIZIČKO MEHANIČKA SVOJSTVA

U gradjevinarstvu se uglavnom primenjuju ugljenični čelici sa negarantovanim sastavom ali sa garantovanim mehaničkim svojstvima

čelici za noseće konstrukcije – opšti konstrukcioni čelici:

najčešće šipke (štapovi) različitih profila (kvadratni, oklrugli, šestougaoni, pljosnati...) i dužina – valjanjem (uglavnom vrućim, ev.hladnim)

niskougljenični čelici za limove:

čelični limovi: tanki do 3mm, srednji 3-4.75mm i debeli >4.75mm; dobijanje – vrućim valjanjem

talasasti koritasti lim: krovni pokrivač, oblaganje zidova; dobijanje – valjanjem ili presovanjem

koritaste i udubljene ploče: mostogradnja dobijanje – presovanje u zagrejanom stanju

hladnooblikovani profili: otvoreni ili zatvoreni

dobijanje: hladnim delimično toplim oblikovanjem (kombinacija savijanja i presovanja) limova ili traka

čelična žica: prečnik do 14mm: dobijanje: ili samo valjanje ili izvlačenjem vruće valjane žice

vučena žica za posebne namene: prečnika 1-14mm; za eksere, lance, opruge, sita, čeličnu užad; u 3 stepena tvrdoće

čelična užad: koriste: hladno vučene žice manjih prečnika; dobijanje: odavijanjemjezgra užeta većim brojem žica

spiralna (sa 7,19 ili 37 žica), prosto usukana, zatvorena užad; neka imaju jezgra u obliku vlaknastog uloška

čelici za valjke, navrtke i zakivke: propisani posebni uslovi zbog potrebne veće žilavosti

betonski čelik:

čelici za prednapregnuti beton: Posebna vrsta gradjevinskih čelika koja mora da zadovolji odredjene uslove i to:

visoka zatezna čvrstoća, dovoljna žilavost i plastičnost, izrazito elastično ponašanje, (tj.minimalna vrednost tečenje i relaksacije),

zadovoljavajuća visoka granica zamora

7. ČELIK ZA PREDNAPREGNUTI BETON: NAČIN DOBIJANJA, VRSTE, OSNOVNA SVOJSTVA I ISPITIVANJE

Posebna vrsta gradjevinskih čelika koja mora da zadovolji odredjene uslove i to:

visoka zatezna čvrstoća, dovoljna žilavost i plastičnost, izrazito elastično ponašanje, (tj.minimalna vrednost tečenje i relaksacije),

zadovoljavajuća visoka granica zamora

Vrste:

žice: dobija od vruće valjanog ugljeničnog čelika postupkom patentiranja (kombinacija obrade na hladno i medjufaznog zagrevanja), hladnog

izvlačenja i opuštanja (ponovno zagrevanje hladno vučene žice sa postupnim hladjenjem - čvrtoća zatezanja se povećava za 10% a

poboljšava se i žilavost) a često se podvrgava i postuplku stabiliozacije (istezanje prethodno zagrejane žice za oko 1% dužine – dobija se žica

sa niskom relaksacijom)

prečnik: φ = 2.5 - 12mm (2.5,3,4,5,7,8,10.12mm)

isporuka: u koturima težine 60-200kg

površina: glatka i profilisana

šipke: dobijaju od ugljeničnoh ili legiranog čelika uz preradu dopunskim postupcima (hladno izvlačenje, opuštanje, poboljšanja i dr)

bez postupaka fz < 900Mpa a sa njima 1400-1600 MPa

prečnik: φ = 14 - 40mm (14,16,20,25,32,36,40 mm)

isporuka: prave šipke

užad: najčešće patentirane hladno vučene žice prečnika 2 do 4 mm se upredaju u užad (od 2,3 ili 7 žica) a nakon formiranja, užad se podvrgavaju

procesu opuštanja sa ili bez stabilizacije (za nisku ili normalnui relaksaciju)

prečnik: φ = 6.4 – 15.2 mm (od 7 žica)

isporuka: neki od kablova se isporučuju sa plastičnim omotačem kao zaštitom

Ispitivanje:

ispitivanje namotavanjem:

ispitivanje: namotavanje žica propisan broj puta oko trna tačno definisanog prečnika

brzina mora da bude konstantna i ne suviše velika (da ne bi došlo do zagrevanja žice)

namotaji mora da budu tesno priljubljeni jedan uz drugi

predvidjen broj namotaja žica mora da izdrži bez prekida odnosno bez vidljivih površinskih oštećenja

ispitivanje namotavanjem u zavojnicu je predvidjeno za žice za prednapregnut beton

ove žice moraju da izdrže 10 namotaja oko trna čiji je prečnik 5x> od prečnika žice

ispitivanje se vrši na 6 uzoraka

Istpitivanje naizmeničnim previjanjem:

uglavnom se vrši kod limova i žica

uzorak odgovarajuće dužine se donjim krajem učvršćuje u čeljust uredjaja pa se ručicom iz vertikalnog položaja

naizmenično previja.

za razne debljine limova odnosno prečnike žica, propisan je prečnik D „trna“ i krak previjanja h

Previjanje se vrši sve do loma;

broj previjanja zaokružuje se na 0.5 pri čemu se ne ubraja poslednja polovina previjanja u kojoj je došlo do loma

za žice za prednaprezanje propisan je uslov da žica mora da izdrži pet previjanja

propisan broj previjanja za patentiranu hladno vučenu žicu:

glatka žica: min 4 profilisana žica: min 3

8. DIJAGRAMI σ - ε ZA ČELIKE SA RAZLIČITIM SADRŽAJEM UGLJENIKA






sadržaj ugljenika se odražava na sve osobine čelika a pre svega se odnosi na mehaničke karakteristike

• sa povećanjem %C, čelik postaje sve manje žilav (duktilan) odnosno postaje krt a σ – ε dijagram dobija oblik u kome ne postoji jasno izražena

granica plastičnog tečenja (granica razvlačenja)

granica razvlačenja (odnosno velikih izduženja) se izračunava:

σv = σ0.2 (σv , σvi ): Uslovna granica tečenja predstavlja napon pri kome trajno izduženje materijala iznosi 0.2% od početne dužine

σe = σ0.01 ili σ0.005 : granica elastičnosti σe (vrednost napona pri čijem rasterećenju se uzorak ne vraća na prvobitnu dužinu) se

takodje teško odredjuje; usvaja se da je to napon pri kome se dobijaju trajne deformacije veličine 0.01% ili

0.005% od početne dužine

medjutim, kod ovih vrsta čelika raste čvrstoća i donekle modul elastičnosti (E)

porast čvrsdtoće je prisutan dok sadržaj C u čeliku ne dostigne oko 1%, a pri većim sadržajima C počinje naglo da opada

• sa snižavanjem %C,

9. GRANICA RAZVLAČENJA (VELIKIH IZDUŽENJA) ODNOSNO GRANICA σ 0,2 KOD ČELIKA

Ako je σ – ε dijagram kod nekih materijala takav da se na njima teško može odrediti vrednost σv

(napon pri kome deformacija raste primetno brže nego do tada, naziva se granica velikih deformacija,

odnosno granica velikih izduženja – razvlačenja) kao što je to slučaj na dijagramu 2, uvodi se pojam

uslovne granice velikih deformacija (izduženja; tečenja) σ0.2.

σv = σ0.2 (σv , σvi ): Uslovna granica tečenja predstavlja napon pri kome trajno izduženje

materijala iznosi 0.2% od početne dužine

σe = σ0.01 ili σ0.005 : granica elastičnosti σe (vrednost napona pri čijem rasterećenju se

uzorak ne vraća na prvobitnu dužinu) se takodje teško odredjuje, pa se za slučaj iz dijagrama 2 usvaja

da je to napon pri kome se dobijaju trajne deformacije veličine 0.01% ili 0.005%

E = tg α0 E = modul elastičnosti: obzrom da je dijagram za čelik u početnom delu nesumnjivo pravolinijski, E se izračunava kao tg α0

varira u relativno uskim granicama: čelici za prednapregnuti beton od 190 000 – 200 000 MPa; ostali 200 000-210 000

fz = σm = V��i$ gde su Pgr = maximalna (granična) vrednost sile koja je aplicirana; A0 = najmanja P poprečnog preseka

kako se čvrstoća definiše na bazi velikog broja merenja koji omogućavaju statističku obradu,

fz = I�jjj - 1.645 ∙ Sn gde su: Xkg = srednja vrednost svih rezultata ispitivanja; Sn = standardna devijacija

10. ISPITIVANJE ČELIKA ZATEZANJEM: VRSTE EPRUVETA (UZORAKA), IZDUŽENJE NA MESTU PREKIDA, KONTRAKCIJA POPREČNOG

PRESEKA

ispitivanjem zatezanjem se dobijaju vrednosti za odredjene mehaničke i deformacione karakteristike čelika

Mehaničke: granica elastičnosti, granica razvlačenja (granica velikih deformacija) i čvrstoća pri

zatezanju

Deformacione: modul elastičnosti, izduženje pri lomu i kontrakcija

Epruvete – osnovni uzorci za ispitivanje čelika zatezanjem, obično kružnog poprečnog preseka (mogu i

prozvoljnog poprečnog preseka)

Sastoje se od suženog dela dužine lp, preseka A0 i zadebljanih krajeva (glava) za pričvršćivanje

Proporcionalna epruveta (obična): l0 = 5.65 ∙ hi$ ≥ 25mm A0 = d02 π/4 l0 = 5 d0 (za kružni poprečni presek)

Proporcionalna duga epruveta: l0 = 11.3 ∙ hi$ l0 = 10 d0

Neproporcionalne epruvete: proizvoljna l0 i to se mora naglasiti

Ocena žilavosti, odnosno duktilnosti čelika, osim na osnovu oblika σ – ε krive (D = l · �m��l · �m � )

Može se dati i na bazi izduženja i kontrakcije epruvete nakon prekida

Izduženja nakon prekida: definiše se razlikom izmedju merne dužine prekinute epruvete

i prvobitne merne dužine svedeno na prvobitnu mernu dužinu i izraženo u %

δ = n�: n$n$ ∙ 100%

izračunavanje Lu vrši se na bazi prethodne podele epruvete na odredjen broj medjusobno

jednakih rastojanja; Nakon prekida a zavisno u kojoj zoni je on nastao, brojenjem podeoka i

primenom odgovarajućih obrazaca dolazi se do položaja tačaka X, Y, Z i Z ’

Lu = M1M2 Lu = XY + 2YZ Lu = XY + YZ ’

+ YZ’’

Kontrakcija: procentualno suženje poprečnog preseka epruvete posle prekida

Ψ = i$: ii ∙ 100% gde su: A0 = površina preseka uzorka pre istezanja A = površina preseka nakon kidanje (A=ab)

Uzorci koji nemaju kružne poprečne preseke obično pokazuju niže vrednosti kontrakcije nego uzorci kružnog preseka od istog materijala

Kod kružnih uzoraka i P kontrakcije je kružna; kod kvadratnih ili pravougaonih preseka to nije slučaj, uzima se A = ab da bi bili slični rezul.

Oba dva parametra predstavljaju dobre parametre za procenu duktilnosti (žilavosti) materijala

Vrlo duktilni materijali imaju visoke vrednosti karakteristika ψ i δ

11. ISPITIVANJE TVRDOĆE ČELIKA METODOM BRINELA, POLDIJEV ČEKIĆ

Sana tvrdoća nije od značaja za primenu čelika u gradjevinarstvu.

Ispitivanjem tvrdoće čelika mogu se takodje dobiti vrlo pouzdani podaci o njegovoj čvrstoći

Ispitivanje se vrši Brinelovom metodom. Ona se zasniva na merenju površine otiska koji se

dobija kada se u materijal odredjenom silom P utiskuje kaljena čelična kuglica prečnika D. Otisak

ima oblik kalote

HB = �V

\ ��: �� HB = tvrdoća

gde su: P = poznata sila; d = prečnik otiska (koristi se mikroskop); D = prečnik kuglice

sila utiskivanja se postepeno povećava u toku 12-18sec do maximalnih vrednosti

kada se posrigne ta vrednost, sila se zadržava još 10-15 sec pa tek onda rasterećenje i merenje prečnika

Zavisnost čvrstoće i tvrdoće po Brinelovoj metodi: fz = k ∙ HB k = koeficijent koji iznosi 0.34-0.36

Poldijev čekić:

u ovom ispitivanju se takodje koristi okaljena kugluica prečnika 10mm; merenje se izvodi tako što se kuglica postavi izmedju etalona poznate

tvrdoće i površine matrijala čija se tvrdoća ispituje; Sila P se aplicira čekićem pa i na etalonu i na uzorku se prave otisci koji odgovaraju datoj sili; ovi

otisci su kalote prečnika de i dx i mogu se izmeriti. Ako se zna tvrdoća etalona po Brinelu, tvrdoća Hx se izračunava:

Hx = He � : L�: ��

: h�: �� gde su: D = prečnik kuglice 10 mm; He tvrdoća etalona po Brinelu; d = prečnici etalona i uzorka

12. MEHANIČKA SVOJSTVA ČELIKA NA POVIŠENIM TEMPERATURAMA: ČVRSTOĆA, ŽILAVOST (DATI ODGOVARAJUĆE DIJAGRAME)

veliki broj mehaničkih svojstava čelika se menja naročito pri povišenim temperaturama

Sa povećanjem temperature, zatezna čvrstoća i granica razvlačenja po pravilu opadaju

kriva 1: ugljenični čelici koji nakon valjanja nisu tretirani ni na toplo ni na hladno (npr.GA 240/360)

do T = 3000 zatezna čvrstoća se čak povećava a potom sa porastom t opada

na t = 6000 čvrstoća je 40% od fz

ako se ohladi do normalnih temperatura, povratiče prethodnu čvrstoću

kriva 2: termički obradjeni čelici (naknadni postupci obrade na toplo, dobijanje visokih zateznih čvrstoća)

na nižim t gube čvrstoću (100-1500)

na t = 6000 čvrstoća je 15-20% od fz

hladjenjem do normalnih temperatura, neće imati početnu čvrstoću, biće za oko 20-30% < fz

kriva 3: čelici sa naknadnom obradom na hladno (npr. patentirana hladno vučena žica)

gubitak čvrstoće već na temperaturama oko 500

na t = 6000 čvrstoća je 10% od fz

hladjenjem neće imati početnu čvrstoću već će biti > 40% manja od fz

Razlozi : pri zagrevanju dolazi do transformacije kristalne strukture materijala tako da se gubi ona struktura koja je davala visoku zateznu čvrstoću

na mesto nje se dobija struktura koja odgovara čeliku bez naknadnog tretmana

Kratkotajno delovanje visoke T (4000 u trajanju od 3-5min) ne utiče značajnije čvrstoću i ostala mehanička svojstva

čelika

Modul elastičnosti: na povišenim t se smanjuje

Izduženje pri kidanju, kontrakcija i udarna žilavost sa povećanjem temperature se povećavaju

13. MEHANIČKA I DEFORMACIONA SVOJSTVA ČELIKA: FAKTORI UTICAJA, ORJENTACIONE VELIČINE OVIH SVOJSTAVA

Mehanička svojstva: granica elastičnosti, granica razvlačenja (granica velikih deformacija) i čvrstoća pri zatezanju

Deformaciona svojstva: modul elastičnosti, izduženje pri lomu i kontrakcija

Dobijanje ovih parametara se vrši ispitivanjem zatezanjem (iz grupe statičkih ispitivanja)

Zatezna čvrstoća fz: opada sa povećanjem temperature

raste sa porastom C do granice 1% a potom opada

hladno vučeni čelik: zavisno od prečnika od 1 300 – 1 800 MPa

liveni čelik: 400 – 600 MPa

Granica razvlačenja σv: opada sa povećanjem temperature

sa porastom Q C nije izražena jasno

Izduženje pri prekidu δ: dobar pokazatelj žilavosti

Zagrevanjem se ovaj parametar povećava

smanjuje se pri povećanju Q C

Betonski čelik GA 240/360 (vrlo žilav materijal): δ = 20-25%

Čelik za prednapregnuti beton (znatno manje žilav): δ = 5-10%

Kontrakcija Ψ: dobar pokazatelj žilavosti (veća kontrakcija, čelik žilaviji)

Zagrevanjem se ovaj parametar povećava

smanjuje se pri porastu Q C

Većina gradjevinskih čelika: ψ = > 25% (donja prihvatljiva granica za čelik ove vrste)

Modul elastičnosti E: sa porastom temperature smanjuje se modul elastičnosti

sa porastom Q C donekle raste modul elastičnosti

gradjevinski čelik uglavnom uske granice: E = 190 000 – 210 000 MPa

čelik za prednapregnuti beton: E = 190 000 – 200 000 MPa

gradjevinski čelik ostalih vrsta: E 0 200 000 – 210 000 MPa

Udarna žilavost ρ: sa porastom temperature se povećava

sa porastom Q C smanjuje se žilavost

Tečenje φ: sa porastom temperature se povećava

patentirana hladno vučena žica: 5-10% (nakon 42 dana) φt = εteč / εtren (0.05-0.1)

Relaksacija r: sa porastom temperature se povećava

patentirana hladno vučena žica: fz = 0.7 ≤ 8 % (nakon 42 dana) r = ∆σ / σ0

14. REOLOŠKA SVOJSTVA ČELIKA

Tečenje i relaksacija, osim od vremena t zavise i od intenziteta napona i temperature

tečenje čelika se značajnije ispoljava samo pri vrednostima napona većih od granice elastičnosti σ0.01.

relaksacija se ispoljava pri vrednostima napona koji se > 0.5 fz

Tečenje i relaksacija su od značaja samo u oblasti čelika za prednaprezanje:

zbog sastava i strukturnih karakteristika podložniji tečenju i relaksaciji

nivo iskorišćenja napona kod ove vrste čelika je znatno viši nego kod ostalih (radni naponi

se kreću od 0.60-0-75 fz) a kod ostalih os 0.4-0.5 fz

krive tečenja uglavnom za patentiranu hladno vučenu žici su prikazane na dijagramu

u oblasti radnih napona, proces tečenja se stabilizuje u roku od najviše 1000h (42 dana)

konačne veličine tečenja: 5-10%

koeficijent tečenja: φt = εteč / εtren (0.05-0.1) na y osi

Relaksacija se deiniše na bazi ispitivanja u trajanju od 1000h (proces se ili u potpunosti stabilizuje ili se

obavi njegov najveći deo); po djagramu, u prva 24h se završi 2/3 procesa

relaksacija vrlo mnogo zavisi od vrste čelika

u području radnih napona najmanju relaksaciju imaju patentirane hladno vučene i stabilizovane žice ,

potom glatke i rebraste šipke a najveću patentirane hladno vučene bez stabilizacije

na dijagramu su krive relaksacije patentirane hladno vučene žice za odredjene nivoe napona

r = ∆σ / σ0 fz = 0.7 ≤ 8 % (nakon 42 dana)

15. OSNOVNI POKAZATELJI ŽILAVOSTI ČELIKA, ISPITIVANJE ZAREZNE UDARNE ŽILAVOSTI

Žilavost čelika se može ispitati na nekoliko načina: na osnovu σ – ε dijagrama, Izduženja nakon prekida i kontrakcije i ispitivanje žilavsti pri udaru

Sve materije obzirom na njihovo ponašanje pod opterećenjem delimo na žilave i krte; uveden je pojam duktilnosti (žilavosti) koji predstavlja odnos

deformacije pri maksimalnom naponu i deformacije na granici velikih deformacija D = l · �m��l · �m � (na osnovu σ – ε dijagrama)

Izduženja nakon prekida (δ) i kontrakcija (Ψ) predstavljaju dobre parametre za procenu duktilnosti (žilavosti) materijala


žilavost pri udaru (“zarezna udarna žilavost”):

ispitivanjem se ocenjuje sposobnost čelika da se suprotstavi dinamičkom opterećenju

rezultati predstavljaju parametre za ocenu sklonosti čelika krtom lomu kako na normalnim tako i na višim ili

nižim temperaturama

(na slici je ispitivanje putem proste grede i udarnog opterećenja, slika klatna je u knjizi !!)

žilavost pri udaru predstavlja utrošen rad na lom epruvete sa zarezom, po jedinici površine preseka na mestu zareza

ispitivanje se vrši na uredjaju Šarpijevo klatno (udarna masa pada sa odredjene visine h1 a nakon loma ova masa dospeva do nivoa h2);

razlika ovih nivoa predstavlja rad utrošen na lompljenje epruvete

Ispitivanje se vrši na t = 20oC

Dimenzije zareza su definisane isto kao i sam uzorak, zarezom se precizno locira mesto loma;

u okolini zareza uvek dolazi do koncentracvije napona i ovaj faktor mnogo utiče na rezultate ispitivanja: žilavi materijali su na ovaj uticaj manje

osetljivi od krtih

udarna žilavost u velikoj meri zavisi i od temperature (pri snižavanju temperature žilavost se smanjuje)

Normalna epruveta: epruveta prizmatičnog oblika, kvadratnog preseka, sa zarezom dubine 3mm u sredini

ρ = A / Fo (J / cm2) pri čemu su: A = utrošen rad tj. G (h1 – h2); F0 = najmanji poprečni presek epruvete (na mestu zareza)

16. TEHNOLOŠKA ISPITIVANJA (TEHNOLOŠKE PROBE) ČELIKA

Ispitivanje savijanjem:

provera sposobnosti deformisanja čelika u uslovima kojima će čelični element biti izložen tokom izrade ili eksploatacije

na ovaj način se uglavnom ispituju čelični limovi i čelične trake kao i tanji profili kvadratnog, kružnog ili nekog drugog oblika

uzorak debljine a postavlja se na oslonce u obliku valjaka poluprečnika R (R zavisi od debljine

uzoraka koji se ispituju)

Savijanje se vrši „trnom“ – cilindrom prečnika D (takodje zavisi od uzorka)

dužina uzorka L = 5a + 150mm

savijanje se vrši polako i neprekidno sve do pojave prve pukotine na donjoj površini uzorka

za meru sposobnosti savijanja uzima se veličina ugla α

ukoliko tokom ispitivanja ne dodje do pojave pukotina ni pri većim vrednostima ugla α,

savijanje se dovršava direktnim pritiskanjem krakova

za konstrukcioni i glatki betonski čelik: α (ugao savijanja) za GA 240/360 je 1800 D = 2a (2φ)

za rebrasti betonski čelik: α (ugao savijanja) za RA 400/500 je 900 , αpovr = 45

0 D = 5φ

Istpitivanje naizmeničnim previjanjem:

uglavnom se vrši kod limova i žica

uzorak odgovarajuće dužine se donjim krajem učvršćuje u čeljust uredjaja pa se ručicom iz vertikalnog položaja

naizmenično previja.

za razne debljine limova odnosno prečnike žica, propisan je prečnik D „trna“ i krak previjanja h

Previjanje se vrši sve do loma;

broj previjanja zaokružuje se na 0.5 pri čemu se ne ubraja poslednja polovina previjanja u kojoj je došlo do loma

za žice za prednaprezanje propisan je uslov da žica mora da izdrži pet previjanja

propisan broj previjanja za patentiranu hladno vučenu žicu:

glatka žica: min 4 profilisana žica: min 3

Ispitivanje namotavanjem:

predvidjeno za žice za prednaprezanje

ispitivanje: namotavanje žica propisan broj puta oko trna tačno definisanog prečnika

brzina mora da bude konstantna i ne suviše velika (da ne bi došlo do zagrevanja žice)

namotaji mora da budu tesno priljubljeni jedan uz drugi

predvidjen broj namotaja žica mora da izdrži bez prekida odnosno bez vidljivih površinskih oštećenja

ispitivanje namotavanjem u zavojnicu je predvidjeno za žice za prednapregnut beton

ove žice moraju da izdrže 10 namotaja oko trna čiji je prečnik 5x> od prečnika žice

ispitivanje se vrši na 6 uzoraka

17. UTICAJ SADRŽAJA UGLJENIKA NA OSNOVNA MEHANIČKA I DEFORMACIONA SVOJSTVA ČELIKA

Mehanička svojstva: granica elastičnosti, granica razvlačenja (granica velikih deformacija) i čvrstoća pri zatezanju

Deformaciona svojstva: modul elastičnosti, izduženje pri lomu i kontrakcija






sadržaj ugljenika se odražava na sve osobine čelika a pre svega se odnosi na mehaničke karakteristike

Zavisnost σ – ε dijagrama od sadržaja C:

Sa > % C čelik:

raste čvrstoća čelika (do neke granice – 1%C)

postaje sve manje duktilan (žilav)

ne postoji izražena granica plastičnog tečenja (granica razvlačenja)

donekle raste modul elastičnosti

ostala svojstva čelika:

raste čvrstoća čelika: fz = σm (do sadržaja C od 1%), pri većem sadržaju naglo opada

raste tvrdoća HB

raste granica razvlačenja σv

donekle raste modul elastičnosti

opada izduženje pri prekidu δ

pada udarna žilavost ρ

opada kontakcija Ψ

18. ŽILAVOST – ZAREZNA UDARNA ŽILAVOST ČELIKA

Sve materije obzirom na njihovo ponašanje pod opterećenjem delimo na žilave i krte; uveden je pojam duktilnosti (žilavosti) koji predstavlja odnos

deformacije pri maksimalnom naponu i deformacije na granici velikih deformacija D = l · �m��l · �m � (na osnovu σ – ε dijagrama)

Izduženja nakon prekida (δ)i kontrakcija (Ψ) predstavljaju dobre parametre za procenu duktilnosti (žilavosti) materijala


žilavost pri udaru (“zarezna udarna žilavost”):

ispitivanjem se ocenjuje sposobnost čelika da se suprotstavi dinamičkom opterećenju

rezultati predstavljaju parametre za ocenu sklonosti čelika krtom lomu kako na normalnim tako i na višim ili

nižim temperaturama

(na slici je ispitivanje putem proste grede i udarnog opterećenja, slika klatna je u knjizi !!)

žilavost pri udaru predstavlja utrošen rad na lom epruvete sa zarezom, po jedinici površine preseka na mestu zareza

ispitivanje se vrši na uredjaju Šarpijevo klatno (udarna masa pada sa odredjene visine h1 a nakon loma ova masa dospeva do nivoa h2);

razlika ovih nivoa predstavlja rad utrošen na lompljenje epruvete

Ispitivanje se vrši na t = 20oC

Dimenzije zareza su definisane isto kao i sam uzorak, zarezom se precizno locira mesto loma;

u okolini zareza uvek dolazi do koncentracvije napona i ovaj faktor mnogo utiče na rezultate ispitivanja: žilavi materijali su na ovaj uticaj manje

osetljivi od krtih

udarna žilavost u velikoj meri zavisi i od temperature (pri snižavanju temperature žilavost se smanjuje)

Normalna epruveta: epruveta prizmatičnog oblika, kvadratnog preseka, sa zarezom dubine 3mm u sredini

ρ = A / Fo (J / cm2) pri čemu su: A = utrošen rad tj. G (h1 – h2); F0 = najmanji poprečni presek epruvete (na mestu zareza)

POJMOVI

Austenit – čvrsti rastvor C u modifikaciji Feγ; visoka plastičnost;

sve legure Fe i C najčešće se izlažu mehaničkoj preradi (valjanje, kovanje), u stanju austenita

sirova Fe: krta su, obradjuju skoro isključivo livenjem;

(veći sadržaj C koji bitno snižava plastičnost legura kako na normalnim tako i na povišenim T)

Čelik: pre početka prerade ingot se zagreva do temperature austenitnog područja uz definisanje optimalne temperature tokom prerade (po

potrebi medjufazno zagrevanje)

zbijanje u toplom stanju: smanjivanje kristalnih zrna (sitmozrna struktura) i kompaktniji raspored – povećanje mehaničke otpornosti

hladne deforamcije (valjanje, izvlačenje) – usmeravanje kristalnih zrna sa vrlo visokim zateznim čvrstoćama uz nepovoljan efekat smanjivanja žilavosti

sitnozrni materijali: veće čvrstoće i tvrdoće

krupnozrni materijali:veća plastičnost

tretman uvijanja: povećanje čvrstoće

patentirana čelična žica (u prednaprezanju): valjanje na toplo – zagrevanje pa hladjenje u kupatilu (brzo) – najpovoljnija struktura za dalji tretman –

postepeno hladjenje do normalne t – provlačenje kroz matrice koje je sažimaju – dobija se hladno vučeni čelik

hladno vučeni čelik: vrlo visoka čvrstoća pri zatezanju koje zavise od prečnika i kreću se od 1 300 do 1 800 MPa

opuštanje čelika – dopunski tretman: ponovno zagrevanje hladno vučene žice uz postupno hladjenje do normalne t; povećava se čvrstoća pri

zatezanju za 10%; poboljšava žilavost

liveni čelik – direktno izlivanje u kalupe; mala žilavost; zatezna čvrstoća 400-600 MPa; viša temperatura topljenja od livenog Fe, veća zapreminska kontrakcija, veća

sklonost ka stvaranju prslina; vrlo dobro podnose dugotrajna i intenzivna udarno-avrazivna opterećenja

sporo hlasdjenje – krupniji kristali – bolja plastičnost (žilavost, duktilnost) snižavanje čvrstoće

brzo hladjenje – sitnozrna struktura – velika čvrstoća i tvrdoća smanjenje žilavosti

čelik sa Q C <0.4% - tokom vremena, na normalnim t dolazi do povećanja tvrdoće (starenje čelika)

Vučena žica za posebne namene: fz od 490-590 MPa

betonski čelik: Č 0300 GA 240/360 (zatezna čvrstoća360, granica razvlačenja 240

čelici za prednapregnuti beton: prethodno opisano dobijanje hladno vučeni čelik; žica se može podvrgnuti tretmanu stabiloizacije – prethodno zagrejana žica se isteže za

1% dužine – dobijas materijal sa veoma niskom relaksacijom

Ispitivanje zatezanjem:

E (modul elastičnosti) gradjevinski čelici: 190 000 – 200 000

čelici za prednapregnuti beton: 190 000 – 200 000

ostaqli: 200 000 – 210 000

izduženje pri prekidu: GA 240/360 vrlo žilav materijal; izduženje pri prekidu δ = 20-25%

čelik za prednapregnuti beton (znatno manje žilav): δ = 5-10%

Kontrakcija: što je kontrakcija veća čelik se smatra žilavijim: većina gradjevinskih čelika ima vrednost > 25%

tvrdoća:

udarna žilavost:

> T: opadaju zatezna čvrstoća i granica razvlačenja (gubi struktura kristala koja obezbedjuje veliku zateznu čvrstoću)

smanjuje se modul alastičnsoti

raste izduženje pri kidanju, kontrakcija i udarna žilavost

kratkotrajno delovanje > T – bez značaja

C: > C: smanjuje se žilavost, dijagram bez jasno izražene granice plastičnog tečenja, raste čvrstoća čelika (do neke granice) i donekle

modul elastičnosti; raste tvrdoća, raste granica razvlačenja

opada izduženje pri prekidu i udarna žilavost

sadržaj C > 1% smanjuje se čvrstoća

DRVO: VRSTE MATERIJALA NA BAZI DRVETA, STRUKTURA I VRSTE DRVETA

Pozitivne osobine drveta: visoke mehaničke karakteristike pri relativno maloj zapreminskoj masi

niska toplotna provodljivost

dobra otpornost na dejstvo mraza; laka obradljivost

zadovoljavajuća otpornost prema dejstvu hemijskih agenasa

zavisno od stepena obrade, materijali na bazi drveta se dele:

obična drvena gradja (mehaničkom obradom prirodnog drveta)

materijali dobijeni primenom različitih industrijskih postupaka obrade (furniri, šper ploče, panel ploče, lamelirana drvena gradja)

sintetički materijali na bazi drveta dobijeni dubokom preradom drveta (može se koristiti čak i kora) – dobijanje celuloze

Vrste drveta:

lišćari:

, četinari i egzotično (isključivo u tropskim predelima) drvo

Delovi drveta: podzemni (koren) i nadzemni (stablo) deo

stablo se sastoji od debla (deblo se računa do prve deblje grane) i krošnje (kod četinara deblo ide skoro celom visinom odnosno do

dela čiji je prečnim najmanje 7 cm))

Primena u gradjevinarstvu: od značaja je deblo ( odnosno čisto deblo);

jedrije drvo se bolje iskorišćava (sa porastom visine manja je promena prečnika debla)

Debljina stabla: prečnik stabla bez kore na 1.30 m od površine terena

Debljina debla: prečnik stabla bez kore na polovini dužine čistog debla

Makrostruktura i mikrostruktura: gleda u poprečnom, radijalnom i tangencijalnom preseku

poprečni presek: kora, drvna masa i srž (srce)

kora: zaštitni omotač;

sastoji se od: spoljašnje kora je debljine 2-35mm; like – sloj kroz koji prolaze biljni sokovi i kambijuma – omotava beljikovinu i svake godine

ćelije ovog sloja stvaraju novi god tj. novi pojas beljikovine

drvna masa: godovi – godišnji priraštaj drvne mase;

konkavna (unutrašnja) strana – rano, prolećno drvo; intenzivnije kretanje sokova, tamnija boja, velika poroznost

konveksna – pozno, jesenje drvo; svetlija boja, veća kompaktnost

godovi bliži periferiji su mladji; manje su kompaktnosti, svetlije boje

beljikovina – spoljašnji deo drvne mase gde je proces rašćenja još u toku

srčevina – deo drveta oko srži, stariji je od beljikovine, zbijeniji, kompaktniji, tamnije boje od beljikovine, zove se još i pravo drvo

srž (srce): centralni deo popečnog preseka; anatomska osa drveta; tamnije je boje, prečnika nekoliko mm; manje tvrdoće je u odnosu na godove

unutar drvene mase

sržni zraci: formiraju radijalne veze izmedju unutrašnjeg i spoljašnjeg dela poprečnog preseka drveta;

primarni: povezuju srž sa periferijom; sekundarni – povezuju samo nekoliko susednih godova

Osnovni element mikrostruktire je ćelija (ćelijska opna, protoplazma, jezgro i ćelijski sok); uglavnom su oblika vlakana ili cevčica orijentisanih u pravcu

osovine stabla; vlakanca su nosioci mehaničke funkcije a cevčice nutritivne (ishrana); traheide ima obe funkcije i uglavnom su kod četinara

SKUPLJANJE I BUBRENJE DRVETA: OBJAŠNJENJE POJAVE, DIJAGRAM, UZORCI ZA ISPITIVANJE, ORIJANTACIONE VREDNOSTI MAKSIMALNOG

SKUPLJANJA (BUBRENJA) DRVETA

GRADJEVINSKA GALANTERIJA I FABRIČKI PROIZVODI OD DRVETA

Gradjevinska galanterija: drveni elementi malih poprečnih preseka dobijeni sečenjem, rendisanjem, frezovanjem (glodanjem) drvene gradje

Brodarski pod: obradom jelovih ili borovih dasaka; obrada rendisanjem i frezovanjem; izrada pera i žlebova

vlažnost 15-17%; DEBLJINA 16-26MM A ŠIRINA 6-16CM

Parket: Običan – drvene daščice dužine 190-550mm, širine 26-105mm i debljine 18-22.5mm; izradjuju od tvrdog drveta (hrast, bukva, bagrem)

gornja i donja površina su rendisane a sa strane pero i žlebovi; maksimalna vlažnost 12%

Mozaik parket – ploče (lamele) koje se slažu u polja a ova u veće elemente (mozaik ploče)

dimenzije lamela: 6-9 x 20-25 x 100-125 mm

lamele se medjusobno slepljuju

Lamperije: za oblaganje zidova i plafona; izradjuju od tankih dasaka čije se vidne površine rendaju

ivice mogu da budu profilisane ili u vidu falca

Profilisani elementi:

uglavnom frezovanjem drvene gradje; upotrebljavaju za formiranje uglova izmedju poda i zida, za oivičivanje oko vrata i prozora

Ostali fabrički proizvodi od drveta:

Šper ploče: slepljivanjem neparnog broja listova furnira (tankih listova drveta debljine do 4mm i vlažnosti od 12-15%)

Panel ploče: srednji deo je izradjen od letvica smrče, jele ili nekih lišćara a sa obe strane se lepe furnirski listovi debljine 2.5-4 mm

srednji deo može da bude i od ploča iverica

Ploče iverice: mehanički usitnjeno drvo razlićitih vrsta se meša sa lepkom i potom se izradjuju ploče koje mogu biti jednoslojne ili troslojne,

pune ili sa šupljinama, sa vertikalnim ili horizontalnim rasporedom ivera

Lesonit ploče: vrlo usitnjeno drvo se kuva u rastvoru NaOH na temperaturi od 1000; nakon kuvanju ponovno usitnjavanje u specijalnim

mlinovima, meša sa vodom, homogenizuje. Na kraju se meša sa raznim dodacima (parafin, sintetičke smole) za dobro slepljivanje

vlakanaca;

potom se pristupa presovanju, ocedjivanju i sušenju da bi krajnja vlaga iznosila 1-3%

mogu da budu tvrde (debljine 3-5mm) i meke (debljine 8-20 mm)

Lamelirano lepljeno drvo: lepljenjem relativno malih drvenih lamela debljina obično ne većih od 30 mm a dužina gotovih elemenata ide i do 40 m

GREŠKE DRVETA I DRVENE GRADJE OD UZROKA FIZIČKE PRIRODE

Greške drveta od uzroka fizičke prirode:

Paljivost: pojava pukotina u poprečnom preseku koje se pružaju radijalno idući od srca ka periferiji

Okružljivost: greška drvene mase koja se manifestuje u odvajanju drveta (kao raslojavanju) po linijama kontakta susednih godova

totalna okružljivost (odvajanje po celom obimu); parcijalna (odvajanje na delu obima)

Raspukline: nastaju usled sušenja i dejstva mraza; imaju radijalni pravac i šire se od periferije ka centru poprečnog preseka drveta

dejstvo mraza: nastaju trenutno, i nekada mogu da zarastu kada ostaje ožiljak

Greške drvene gradje:

Pukotine i raspukline: posledica skupljanja drveta usled smanjenja vlažnosti

raspukline: nastaju u radijalnom pravcu, pružaju se po dužini gradje i zahvataju ceo presek

pukotine: nastaju u radijalnom pravcu i zahvataju samo deo preseka

Krivljenje: posledica neravnomernog skupljanja, posledica nepravilnog sušenja

izbočenost: podužna zakrivljenost

koritavost: poprečna zakrivljenost

vitoperenost: izvitoperen oblik gradje

Lisičavost: prisustvo zaostale obline; može biti jednoivična ili višeivična

Nejdnakost dimenzija: najčešće kod dasaka usled skretanja testere za vreme struganja

GREŠKE GRADJE DRVETA

greškama se nazivaju defekti, nepravilnosti i oštećenja na pojedinim delovima drveta koji smanjuju kvalitet i ograničavaju upotrebljivost

nastaju tokom rašćenja, čuvanja i ekspoatacije

One mogu biti:

greške gradje

greške drveta od uzroka fizičke prirode

greške drvene gradje

greške drveta usčed delovanja biotičkih faktora (trulež, crvotoina)

Greške gradje:

Greške poprečnog preseka:

eliptični (ovalni) presek - a

žljebovit presek (izrazito nepravilna konturna linija preseka) - b

ekscentričan presek - c

dvostruko srce (nastaje srastanjem dva stabla odnosno greška koja se javlja na mestu početka račvanja

grane) - d

Nejednaka širina godova:

pojava koja zavisi od klimatskih faktora, trajanja godišnjih doba, dužine vegetacionog perioda

neujednačenost širine godova povećava anizotropnost drveta i manjuje mehanička svojstva (posebno

čvrstoću pri smicanju paralelno vlaknima)

Zakrivljenost debla: može biti prosta i složena

Nepravilnost vlakana: javlja se u vidu uvijenosti ili talasastog pružanja vlakana; mnogo utiču na tehničke karakteristike drveta

Kvrgavost: neizbežna greška drveta; javlja se na mestu spajanja grana i grančica sa stablom; to su ostaci grana i grančica

narušava homogenost gradje, izaziva deformaciju vlakana i smanjuje efektivni presek drveta;

utiče na smanjenje mehaničkih karakteristika, otežava mehanički obradu i kvari spoljašnji izgled

ponekad smanjuju čvrstoću drveta i za 30-40%

Urasla kora: posledica nekih mehaničkih povreda drveta kada se kora drveta nadje u udubljenju stabla pa usled priraštaja drvene

mase obvaj deo biva obuhvaćen beljikovinom i uvučen u stablo

PRERADA DRVETA I GOTOVI PROIZVODI OD DRVETA, DRVENA GRADJA

Sušenje: poboljšavaju se fizičko mehanička svojstva

obezbedjuje se odredjen stepen trajnosti drveta

počinje od momenta obaranja drveta u šumi a završava se obično u pogonima za sušenje

može se sušiti kako neobradjeno tako i drvo koje je prošlo kroz odredjene faze obrade

prirodno (na slobodnom vazduhu):

slaganje drveta u vitlove u slobodnom ili natkrivenom prostoru čime s obezbedjuje strujanje vazduha oko drveta

ne zahteva nikakvu specijalnu opremu

teče sporo, zavisi od atmosferskih prilika, primena u odredjenom dobu godine

traje od 2-3 nedelje pa dp 1-1,5 godine (dužina sušenja zavisi od dimenzije gradje); dobija se drvo sa minimalnom vlažnošću od 15%

veštačko (u sušarama različitim postupcima):

znatno brže; vlažnost drveta je od 6-10%

u sušarama sa periodičnim ili kontinuiranim radom, sa prirodnom i prinudnom cirkulacijom vazduha odnosno vodene pare

prvo se drvo zagreva parom ili vlažnim vazduhom temperature 70-800; potom intenzivno sušenje putem suvog vazduha 50-60

0

ekonomski najefikasnije sušare sa kontinuiranim radom u obliku tunela

u novije vreme: sušenje drveta potapanjem u zagrejan petrolatum pri čemu se iz drveta u vidu vodene pare oslobadja vlaga

tokom ovog procesa drvo ne trpi deformacije i ne puca

sušenje električnim putem: u električnom polju visoke frekvencije (zagrevanje drveta u električnom polju sa 10-20x bržim sušenjem nego u

tunelima ili komorama); postupak je skup (struja!); može primena u sklopu ombinovanog postupka

Drvena gradja:

dobija se mehaničkom obradom drvenog trupca (debla)

prerada obuhvata: ljuštenje kore, cepanje, tesanje ili rezanje

ovako dobijeni drveni elementi predstavljaju materijal za dobijanje drugih gradjevinskih elemenata ili konstrukcija

Obla gradja: to je drvo (trupac) kod koga nije primenjena nikakva posebna obrada osim ljuštenja kore

po obliku približno odgovara oblici, minimalnog prečnika 16cm

Poluobla gradja: dobija se podužnim presecanjem oble gradje

Cepana i tesana gradja: najkvalitetnija i najskuplja drvena gradja

cepanje: razdvajanje drveta na delove po linijama vlakana pomoću sekire ili klinova; izradjuje se daske i grede

tesanje: obrada drveta sekirom u smeru ili približno u smeru podužne ose debla

izradjuju se gredice, grede, železnički pragovi

Rezana gradja: rezanje trupaca raznim vrstama testera u pogonima – strugarama (pilanama)

obzirom na poprečni presek rezana gradja se deli na:

tanke daske (debljine 9-13mm)

letve pravougaonog ili kvadratnog preseka

daske debljine 14-40 mm

planke (talpe) daske debljine > 40mm

gredice, kvadratni ili pravougaoni presek (veća strana preseka maksimalno 10cm)

grede – (manja strana minimalno 10cm); najveći poprečni presek je 38/38cm

obzirom na dužinu, gradja može da bude:

kratka (maksimalno 4m), duga (preko 4 m)

Gradja se dobija od svih vrsta drveta: četinara, tvrdih listara (hrast, bukva, jasen, bagrem), mekih listara (topila)

Rezanjem se dobija oštroivična gradja ali i ona sa izraženom lisičavošću

MEHANČKA SVOJSTVA DRVETA: DEFINICIJA, VRSTE I POSTUPCI ISPITIVANJA

od mehaničkih svojstava ispituju se:

čvrstoća drveta pri pritisku (paralelno i upravno na vlakna)

čvrstoća drveta pri zatezanju (paralelno i upravno na vlakna)

čvrstoća pri savijanju

čvrstoća pri smicanju

čvrstoća pri delovanju udarnog opterećenje

tvrdoća

Mehaničke karakteristike drveta zavise od:

pravca delovanja sile: čvrstoća pri zatezanju u pravcu vlakana = 20-30x > od čvrstoće pri zatezanju upravno na vlakna

čvrstoća pri pritisku u pravcu vlakna = 5-10x > od čvrstoće upravno na vlakna

vrste drveta četinari imaju niže mehaničke karakteristike od tvrdog drveta

vlažnosti čvrstoća je najveća pri vlažnosti H = 0; sa porastom vlažnosti ona opada do H = 30% kada se stabilizuje i ima

najmanje vrednosti; čvrstoća se definiše za vrednosti H = 15%:

f15 = fH [ 1 + c (H-15)]; koeficijent c: za čvrstoću pri zatezanju i pritisku 0.04

za čvrstoću pri smicanju 0.03

za čvrstoću pri savijanju 0.02

Čvrstoća drveta pri pritisku:

u pravcu vlakana (paralelno vlaknima): prizmatični uzorci dimenzije 20x20x40

(5 komada) ili 50x50x100mmm (3 komada)

brzina nanošenja opterećenja je takva da lom nastane za 2-5 min od početka

ispitivanja

PIIgr = maksimalna (granična) vrednost aplicirane sile

fpII = Vcc��i$ (MPa) (merodavna je srednja vrednost rezultata)

A0 = površina preko koje se sila nanosi (20x20 ili 50x50)

upravno na vlakna: prozmatični uzorci 20x20x60 (5 komada) ili 50x50x150mmm (3

komada); uslov za brzinu nanošenja opterećenja je isti

I�o [ Vp��i$ (MPa)

Čvrstoća drevat pri zatezanju:

u pravcu vlakana (paralelno vlaknima): na uzorcima normalne ili velike epruvete

uslov za brzinu nanošenja opterećenja je isti kao kod ispitivanja na pritisak

fzII = Vcc��i$ (MPa) PIIgr = maksimalna vrednost aplicirane sile

A0 = površina preseka u srednjoj zoni uzorka

stavljanjem dva tenzimetra može se izmeriti i modul elastičnosti koji se minimalno razlikuje od EII

(uzima se da su istih vrednosti)

upravno (poprečno na vlakna): može se ispitivati na radijalni ili tangencijalni pravac

I�o [ Vp��i$ (MPa) PIIgr = maksimalna vrednost aplicirane sile A0 = površina

preseka uzorka na najužem mestu

Čvrstoća pri savijanju:

prizmatični uzorci dimenzija 20x20x320mm (5 komada) l = 280

ili 50x50x800mm (3 komada) l = 700

deluje se jednom silom u sredini uzorka

uzorak se stavlja na oslonce (razmak oslonaca l je 280 odnosno 700mm) tako da godovi

budu u uspravnom položaju

fzs = 3/2 ∙ V�� ·��+ (MPa) Pgr = maksimalna vrednost sile

na uzorku 50x50x800mm se može izmeriti modul elastičnosti

Čvrstoća pri smicanju:

u zavisnosti od položaja ravni smicanja, ova čvrstoća se može odredjivati:

pri smicanju upravno na vlakna (u tangencijalnom i radijalnom pravcu)

pri smicanju u pravcu vlakna (u radijalnom i tangencijalnom)

od najvećeg praktičnog značaja je odredjivanje čvrstoće pri smicanju u pravcu vlakana i ima oblik:

fτs = V��i� pri čemu su: Pgr = maksimalna (granična) sila ostvarena tokom ispitivanja; As = površina smicanja

Čvrstoća pri smicanju iznosi oko 1/8 – 1/10 čvrstoće pri pritisku

Čvrstoća pri smicanju paralelno vlaknima je 3-4x < od čvrstoće pri smicanju upravno na vlakna

Čvrstoća pri delovanju udarnog opterećenja:

najčešće se ispituje na uredjajima koji rade po principu klatna kod kojih udarne mase padaju sa odredjenih visina

Uzorci: prizmatični uzorci 20x20x320mm (5 komada) sa rasponom od 240mm

sila proizvedena padom odredjene mase ima horizontalan pravac i deluje po sredini uzorka

kao mera čvrstoće usvaja se rad (A) utrošen prilikom loma uzorka, sveden na jedinicu površine poprečnog preseka uzorka:

ρ = A / Ao (J/cm2)

Tvrdoća:

zavis od vrste drveta; povećava se sa povećanjem zapremisnke mase; opada sa povećanjem vlažnosti

ispituje se na 5 uzoraka dimenzije 50x50x150 mm

izvodi se utiskivanjem polirane čelične kuglice prečnika d = 11.284 mm do dubine koja odgovara polovini prečnika; brzina utiskivanja je 6 mm/min

po utiskivanju očitava se primenjena sila i ta vrednost definiše čvrstoću drveta (za preseke u poprečnom, radijalnom ili tangencijalnom pravcu)

(ako nije drugačije naglašeno, odnosi se na poprečni presek

drvo se deli na 6 klasa: vrlo meko (P ≤ 3.5 kN); meko (P = 3.51-5);

srednje tvrdo (P = 5.01-6.5); tvrdo (P = 6.51-10);

vrlo tvrdo (P = 10.01-15) tvrdo kao kost (P = > 15)

RADNI σ – ε DIJAGRAM DRVETA

funkcije zavisnosti izmedju naprezanja i deformacija drveta u opštem slučaju su krive linije koje se prikazuju na σ – ε

dijagramu.

početni deo ovih krivih linija je dosta dobro izražen u obliku pravih linija

ovakva linearnost je zastupljena do veličina napona koja iznose oko 40-50% u odnosu na odgovarajuću čvrstoću

na dijagramu su prikazane krive koje odgovaraju naprezanjima na zatezanje i na pritisak (u pravcu vlakna drveta,

paralelno na vlakna)

(naponi < od 0.4-0.5 fpII je zona elastičnog ponašanja drveta)

putem ugla α0 se odredjuje i modul elastičnosti koji predstavlja:

E = tgα0 tgα0 = izračunava se na osnovu svakog odnosa ∆σ / ∆ε

EII = σ / ε

MODUL ELASTIČNOSTI DRVETA (ORIJENTACIONE VELIČINE) I NJEGOVO ODREDJIVANJE PUTEM ISPITIVANJA DRVETA NA SAVIJANJE

Modul elastičnosti je karakteristika drveta koja se odnosi na pravac paralelan vlaknima drveta i obeležava se EII

Može se odredjivati na nekoliko načina: na bazi σ – ε dijagrama(aksijalnim opterećenjem): EII = σ / ε

na prizmatičnim uzorcima 50x50x200mm koji se izlažu P paralelno vlaknima: EII = Vcc�(�: Vcc�$�

i$ · �$∆� na uzorcima epruvete koje se izlažu silama zatezanja parlelnim vlaknima:

ispitivanjem drveta na savijanje aplikovanjem sile na sredinu uzorka: E II = V� · �+)f cI

osim od vrste drveta EII zavisi i od vlage: EII,15 = EII,H [ 1 + C (H-15)];

Odredjivanje putem ispitivanja drveta na savijanje

ispituje se na prizmatičnom uzorku dimenzija 50x50x800mm koji se izlaže odredjenim

silama na sredini uzorka i pri tome se meri ugib uzorka u tom srednjem delu

E II = V� · �+)f cI (MPa/Gpa) Pe = sila savijanja; q = razmak oslonaca; f = izmereni ugib

r = momenat inercije poprečnog preseka uzorka

Vrednosti EII: četinari 6 000-16 000 MPa hrast,bukva,bagrem 8 000 – 22

0000 MPa

MEHANIČKA ČVRSTOĆA DRVETA: UTICAJ PRAVCA PRUŽANJA VLAKANA NA

VREDNOSTI ČVRSTOĆE

MODUL ELASTIČNOSTI DRVETA: POSTUPAK ODREDJIVANJA PUTEM AKSIJALNOG PRITISKA, UTICAJ VLAŽNOSTI NA VELIČINU

MODULA, ORIJENTACIONE VREDNOSTI MODULA

Modul elastičnosti je karakteristika drveta koja se odnosi na pravac paralelan vlaknima drveta i obeležava se EII

prizmatični uzorci 50x50x200mm se izlažu pritisku paralelno vlaknima da bi se izračunao modul elastičnosti EII

prilikom merenje upotrebljavaju se merni intrumenti (2-4 tenzometra) koji odredjuju podužnu deformaciju uzorka

opterećnje se postepeno nanosi počev od donje vrednosti koja odgovara naponu veličine 0.1 FpII

EII = Vcc�(�: Vcc�$�

i$ · �$∆� (MPa/GPa) gde su: PII(0)

= sila koja odgovara usvojenoj donjoj vrednosti napona (0.1-FpII)

PII(1)

= sila koja odgovara usvojenoj gornjoj vrednosti napona (obavezno mora da bude < od 0.4-0.5

fpII da bi bio u zoni elastičnog ponašanja drveta)

A0 = površina poprečnog preseka drveta

l0 = dužina merne baze instrumenta; ∆l0 = promena dužine merne baze instrumenta

vrednosti EII: četinari 6 000-16 000 MPa hrast i bukva 8 000 – 22 0000 MPa

vrednost EII je promenljiva i zavisi od vlage (funkcija zavisnosti odgovara zavisnosti čvrstoća/vlaga)

EII,15 = EII,H [ 1 + C (H-15)]; C = 0.02

REOLOŠKA SVOJSTVA DRVETA

ZAVISNOST IZMEDJU VLAŽNOSTI I ČVRSTOĆE DRVETA – DIJAGRAM, EMPIRIJSKA FORMULA

f = čvrstoća drveta; H = apsolutna vlažnost drveta;

čvrstoća je najveća za H = 0 i ima vrednost f0

sa porastom vlažnosti čvrstoća postepeno opada

Tački zasićenosti vlakana H ≈ 30% odgovara najniža vrednost čvrstoće fmin

za vlažnost H > 30% čvrstoća se stabilizuje i daljim porastom H se ne menja

sve čvrstoće se definišu u odnosu na standardnu vlažnost od 15%:

f15 = fH [ 1 + c (H-15)] c ≈ 0.04 (čvrstoća pri P i zatezanju)

c ≈ 0.03 (čvrstoća pri smicanju)

c ≈ 0.02 (čvrstoća pri savijanju)

gm2 usmeni

Documents