Predmet: Teorija betonskih konstrukcija
Tema:
Fizičko-mehaničke karakteristike i
Fizičko-mehaničke karakteristike i
sastav betona
sastav betona
DIPLOMSKI RAD
1. UVOD
Beton je mnogokomponentni, polidisperzni, umjetni kameni građevinski materijal, sastavljen
od pijeska i krupnog agregata, međusobno vezanih cementnim kamenom, nastalim
hidratacijom i očvrš ćivanjem cementa kao veziva. Ujedno predstavlja najviše upotrebljivo
gradivo, od mostova do zgrada, od hidrotehničkih i prometnih do industrijskih objekata. Prave
ga i ugrađuju graditelji, dok većinu drugih gradiva primaju gotova na gradilište, da kle samo
ugrađuju.
Proces počinje dizajniranjem svojstva betona u projektnoj dokumentaciji, zatim, nakon
provedenih ispitivanja projektira se njegov sastav, izvođači ga proizvode u centralnoj betonari
ili na gradilištu, te ugra đuju i kontroliraju postignutu kakvoću.
Danas kad beton kao građevni materijal pokriva preko 70% potreba građenja i primjenjuje se
u najrazličitijim i sve složenijim i smjelim konstrukcijama, p roizvodnja i primjena betona
postaje visoka tehnologija i znanost, koja traži do bro poznavanje i strogu kontrolu svojstva
komponenata i svih faza proizvodnje i primjene.
Agregat čini približno tri četvrtine volumena određene mase betona. Veličine čestica agregata
se mijenjaju obično kontinuirano od sitnog pijeska do najčeš će 32 mm podrijetlom riječnog
ili od stijene drobljenog zrnja. Približno četvrtina prostora, koju ne zauzima agregat, ispunjena
je cementnim kamenom. To je temeljni materijal, jer on betonu daje čvrstoću i omogućuje
njegovu uporabu kao konstrukcijskog gradiva. Beton je heterogeni kompozit, ali i sam
cementni kamen je heterogeni materijal koji se sastoji od produkata hidratacije cementa, pora
vrlo različite veličine, adsorbirane i kapilarne vode i ostataka još ne hidratiziranog cementnog
klinkera. Nakon ugradbe, čak i uz vrlo pažljivo zbijanje, ostaje u cementnom kamenu izvjesna
količina zahvaćenog zraka. U dobro sastavljenom svježem betonu nei zbježna koli čina
zahvaćenog zraka ne prelazi 2 do 5% volumena betona. To su nepoželjne šupljine u betonu.
Danas u modernoj tehnologiji betona, miješaju se do daci betonu, kojima se namjerno uvlače
male zračne pore u količini od 3 do 8% volumena betona.
Dodaci betonu su beznačajni po volumenu, no vrlo djelotvorni na svojstva svježeg i o čvrslog
betona. Doziraju se u promilima ili postocima od količine cementa. To su kemijski ili
fizikalno vrlo aktivni materijali, koji se dodaju betonu prilikom miješanja, da bi se dobio
obradljivi svježi beton ili ubrzao prirast čvrstoće ili poboljšala trajnost čvrstoga betona, itd.
2.1. ULOGA CEMENTNOG KAMENA I AGREGATA
U svježem betonu, u fazi obrade , cementna pasta za jedno s najsitnijim dijelom agregata
treba betonu dati plastičnost i kohezivnost. Uobičajene količine cementa u kubnom metru
betona su 200 do 400 kg, što odgovara 7 do 14% volumena. Visk oznost svježeg betona
regulira se3 količinom vode. To znači, da vodi potrebnoj za hidrataciju cementa treba
pridodati vodu za postizanje željene obradivosti svježeg betona. Za v rlo široki raspon
konzistencije betona, količina vode se mijenja u relativno uskim granicama od 160 do 200
litara, odnosno 16 do 20% ukupnog volumena. Svako povećanje količine vode preko one koja
je potrebna za hidrataciju cementa znači povećanje količine pora u očvrslom betonu.
Posljedica je smanjenje
čvrstoće, trajnosti i drugih temeljnih svojstava betona.
U čvrstom betonu cementni kamen ima dvije glavne zadaće:
a) da slijepi zrna agregata i betonu dade odgovarajuću čvrstoću,
b) da ispuni prostor između čestica agregata i s njime tvori nepropusnu masu.
Cementni kamen je nosilac dvaju karakterističnih svojstava betona: skupljanja i puzanja. To
su nazivi za dugotrajne deformacije betona, koje su posljedica smanjenja vlažnosti betona u
slučaju skupljanja, odnosno dugotrajnog djelovanja opterećenja u slučaju puzanja.
Svojstva cementnog kamena ovise u prvom redu o:
-
karakteristikama cementa,
-
omjeru mase vode i cementa ( vodocementni faktor, v/c-faktor),
-
količini cementa (kg/m
_
),
-
stupnju hidratacije cementa ili zrelosti betona.
Za određeni cement i agregat, poroznost strukture i čvrstoća cementnog kamena ovise u
prvom redu o vodocementnom faktoru. Što je v/c omje r manji, veće su čvrstoće. Time se
poboljšava i vodonepropustljivost betona. Me đutim, povećanjem količine cementa, radi
smanjenja v/c faktora, povećava se količina cementnog kamena, pa i skupljanje i puzanje
betona i toplina oslobođena hidratacijom cementa, a to sve povećava vjerojatnost pojave
pukotina. U modernoj proizvodnji proizvodi se sve kvalitetniji cement i primjenjuju se dodaci
betonu kojima se dobiva veća čvrstoća od traženih ve ć uz relativno veliki v/c omjer i malu
količinu cementa.
Agregat u betonu ima tri osnovne zadaće:
-
zrna agregata čine skelet, koji daje krutost betonu,
-
daje dimenzionalnu stabilnostbetonu, tj. Umanjuje dugotrajne volumne
promjene svojstvene za cementni kamen,
-
relativno je jeftin, pa to osigurava ekonomičnost betonskih konstrukcija.
Svojstva određene vrste agregata, koja bitno utječu na svojstva betona jesu:
-
mineraloško petrografski sastav utje če u prvom redu na mehaničke karakteristike
i trajnost očvrslog betona,
-
granulometrijski sastav utječe u prvom redu na obradljivost svježeg betona, gust oću
i ekonomičnost betona,
-
oblik i tekstura zrna utječu na obradljivost svježeg betona i prionjivost ceme
ntnog kamena u očvrslom betonu.
2.2. CEMENT
Cement je praškasti materijal, koji s pomiješanom v odom, kemijskim reakcijama i pratećim
fizikalnim procesima prelazi u čvrstu cementnu pastu ili cementni kamen. Time postepeno
razvija svoja kohezijska i adhezijska svojstva, koja omogućavaju, da povežu zrna stijena i
minerala u kontinuiranu, čvrstu masu betona. Postoji velik broj vrsta cementa, a najviše se
koristi portland cement. Osnovne sirovine za dobivanje portland cementa moraju sadržavati
Slika 2. Shema proizvodnje cementa
2.2.3. DODACI CEMENTIMA
Tijekom mljevenja i homogenizacije cementom klinkeru se osim gipsa mogu dodavati i
neki drugi kemijski i mineralni dodaci. Kemijski dodaci dodaju se u vrlo malim
količinama, da bi se olakšalo mljevenje ili da bi se modificirala svo jstva cementa.
Mineralni dodaci dodaju se radi uštede energije, koja se troši na pe čenje
portlandcementnog klinkera. To mogu biti pucolani ili granulirane zgure visokih peći
koji aktivno sudjeluju u procesu hidratizacije cementa.
GRANULIRANA ZGURA ili troska je otpadni produkt iz proizvodnje sirovog željeza.
Sadrži iste okside kao i portlandcementni klinker, ali u drugačijim i vrlo varijabilnim
omjerima. Nakon taljenja u visokoj peći na temperaturi od 1400 ºC, mora se naglo
ohladiti u vodi, pri čemu ekspandira u pjenaste granule i zadrži staklas tu strukturu.
Kemijski sastav zgure može varirati u širim granicama
Tablica 1. Hemijski sastav zgure
Oksidi
%
CaO
30-50
SiO
_
30-40
Al
_
O
_
5-20
MgO
2-7
Fe
