1 predavanje-uvod-beton

Građevinski fakultet Zagreb,Diplomski studij, smjer Materijali

Bjegović, D.; Štirmer, N.:Teorija i tehnologija betona 1

TEORIJA I TEHNOLOGIJA BETONA2011/12

1. PREDAVANJE

1 Teorija i tehnologija betona

SADRŽAJ Uvod Povijest betona Najpoznatije građevine od betona u 20. i 21. stoljeću u svijetu Najpoznatije građevine od betona u 20. i 21. stoljeću u Hrvatskoj Beton kao konstrukcijski materijal Razlozi primjene betona Ograničenja u primjeni betona Komponente sastava betona

Svojstva betona Svojstva svježeg betona Svojstva očvrsnulog betona

Faze u proizvodnji betona Vrste betona Zakonska regulativa Pitanja


Predavači

Nastavnici Prof.dr.sc. Dubravka Bjegović Prof.dr.sc. Nina Štirmer

Asistenti Marija Jelčić Rukavina Ana Baričević


Dužnosti studenata

UVJETI ZA POTPIS: prisustvovanje na predavanjima 75 % prisustvovanje na vježbama 100 % 25 % bodova na svakom kolokviju

POPRAVNI KOLOKVIJ: samo za studente koji nisu ostvarili 25 % na pojedinom kolokviju

POLAGANJE ISPITA: ≥60% bodova na svakom kolokviju – oslobođenje pismenog djela ispita usmeni javni

4

Raspored predavanja

Teorija i tehnologija betona5

Raspored vježbi




Konzultacije

Prof.dr.sc. D. Bjegović Srijedom od 12 do 14 sati

Prof.dr.sc. Nina Štirmer Petkom od 12 do 14 sati

Marija Jelčić Ponedjeljak od 9 do 11

Ana Baričević Ponedjeljak od 9 do 11

7

Literatura - obavezna:

Mehta P.K., Concrete, Structure, Properties and materials,New Yersey: Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs,1986.

Neville, A.M., Properties of concrete, fourth edition. Essex:Longman Group Limited,1995.

Žarnić, R., Osnove lasnosti gradiv, Ljubljana: Univerza vLjubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Katedra zapreskušanje materialov in konstrukcij, 1999.

Muravljov, M. Osnovi teorije i tehnologije betona. 3 izdanje.Beograd: Građevinski fakultet, 2005.

8

Literatura – dodatna:

Ukrainczyk, V. Poznavanje gradiva, Alcor, Zagreb, 2001. Ukrainczyk, V. Beton: struktura, svojstva, tehnologija, Građevinski

fakultet Sveučilišta u Zagrebu, 1994. Bjegović, D. i dr. Auditorne vježbe, Praktikum, Aktivna nastava,

Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, 1994. Beslać, J. Materijali u arhitekturi i građevinarstvu, Školska knjiga

Zagreb, 1989. Đureković,A. Cement, cementni kompozit i dodaci za beton, Školska

knjiga, Zagreb, 1996. Bjegović, D., Balabanić, G., Mikulić, D. Građevinski materijali – zbirka

riješenih zadataka, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, 2007.

9

POVIJEST BETONA


Lepenski vir – 7000 – 6000 p.K.

Izvor: http://www.donsmaps.com/lepenski.html Photo: Dragoslav Srejović 1972


Kamiros, Rodos – 500 pr.Kr

Spremnici za vodu – kapacitet 600 t

Izvor: http://www.hcia.gr/3a.html




Pantheon, Rim


3000 p.K. Egipćani vapneni mort

300 p.K - 476 n.K Rimsko Carstvo hidrauličko vezivo - vapnenom mortu se dodaje

brašno od mljevene opeke proizvedene odpečene gline

otkriće betona! pucolanski cement

Rimsko carstvo – 300 g.pr.Kr

Rimljani su koristili vapno i vulkanski pepeo zvanpoculana iz mjesta Pozzouli blizu Napulja kao vezivnimaterijal Pliny mort 1:4 = vapno:pijesak

Vitruvius 2:1=poculani:vapno

Životinjske masnoće, mlijeko, jaja i krv su korištene kaododatci


Pantheon – 128 g.n.Kr.

Nearmirana kupolapromjera 43 m, bila jenajveća kupola sve do 1913godine

Sagrađen je korištenjemagregata različitih gustoća:bazalta u temeljima, cigle isedra vulkanskog porijekla zazidove, dok je za kupolukorišten plovučac


1756 John Smeaton prilikom izgradnje temelja

svjetionika uočio je da cementnapravljen od vapna dobivasvojstvo postojanosti u vodiako mu se dodaju glinovitimaterijali

1824 Joseph Aspdin patentirao materijal koji je u

očvrslom stanju bojomodgovarao vrlo dobromgrađevinskom kamenu izokolice Portlanda, a nazvao gaje ˝portland cement˝


svjetionik u Eddystone-u

1848 Jean-Louis Lambot Prvi je upotrijebio armaturu u

betonu

1849 Joseph Moniere “otac” armiranog betona betonske posude za biljke i

cvijeće dodatno je ojačavao željeznim

materijalom


1871-1876 William E. Ward sagradio prvu

armiranobetonsku kuću

1875 Joseph Monier Prvi armirano betonski pješački

most u Castle of Chazelet


Port Chester



Rijeka

Armiranobetonske konstrukcije uLuci Rijeka

1881. godina - Skladište 4 naZichy doku Arhitekt: Mate Glavan Prva primjena čelika i betona Stropovi su građeni od betona Kasnije se ista stropna konstrukcija

primjenjuje i za skladište 5, 6 i 7 1893. armiranobetonske ploče

korištene su na skladištima 9,10 i12

1900. prva norma za cement 1906. prve armiranobetonske

konstrukcije zgrada

19

Izvor: Rane armiranobetonske konstrukcije u riječkoj luci; Nina Palinić

Teorija i tehnologija betona

Plan Luke Rijeka 1922. godina

Skladište 4 – Zichy dok

1889 Francois Hennebique pravi začetnik teorije i

tehnologije armiranog betona prva ulica građena od betona u

SAD-u (Bellefontaine)


1891 George Bartolomew

1904 prvi betonski neboder Ingalls building, Cincinnati

HidroelektranaOZALJ - 1908.

Prijenosni vodoviprema Karlovcunapravljeni su nabetonskim stupovima


Lomost, Ogulin 25.10.1900.

Prvi armiranobetonski most uHrvatskoj Izvođač: tvrtka Eduard Ast iz

Beča,Austria Hennebique sistem

Sastav betona Portland cement Pijesak iz Save Drobljeni agregat (1:3:5) Čelična armatura promjera ≤ 27

mm Beton (1:7=PC:agregat)

I danas je u upotrebi


Mostogradnja u Hrvatskoj

Fran Funtak (1882-1961) hrvatski arhitekt, projektant i

građevinski inženjer Radio je u tvrtci Josip Banheyer i

sin i sagradio preko 60 mostova uHrvatskoj

Bio je prvi ekspert zaarmiranobetonske mostove uHrvatskoj

Početkom 20 st. u Hrvatskoj je radilo7 tvrtki za izgradnju mostova Dubsky,Alexander Kaiser and son,

Schmidt and Sonnenberg...


Most preko potoka Vrbovača,Račinovci, 1903

Most preko potoka Stružno, Račinovci,1903

Mostogradnja u Hrvatskoj - Fran Funtak

24

Izvor : Secessionists reinforced concrete bridges designed by the engineer Fran Funtak; Dragan Damjanović


Most preko Bjelovačke, 1905 Most preko rijeke Vuka, 1905

Most blizu Farkaševci, 1907





Posveta na mostu u Prkovcima 1910 Most preko Krapinice, Krapina, 1907

Most preko Biđa, Vrpolje, 1911 Most preko Breznice, Vrpolje, 1911



Most u Čačincima, 1912 Most blizu Orahovice, 1912

Most na cesti Đakovo- Ruševo, 1912 Most u Sunji, 1912

Vukovar – FranFuntak

1910. godina zvonikkalvinističke crkve

Izvođač: tvrtkaBanheyer i Sin

Građen u secesijskomstilu

Najstarijiarmiranobetonski zvoniku Hrvatskoj


Izvor: Zvonik Kalvinske crkve u Vukovaru iz 1910; Dragan Damjanović

Vukovar - stari vodotoranj 1913.

Izvođač: tvrtka Banheyer i Sin,glavni inženjer Fran Funtak

Izgrađen u kasnom secesijskomstilu

Armiranobetonski vodotoranjsagrađen prema izuzetnonaprednim načelima gradnje zanavedeno doba

Kapacitet 50 000 litara

Visok 19 metara

28

Izvor: Stari vukovarski vodotoranj iz 1913; Dragan Damjanović


Vukovar - stari vodotoranj 1913.

Projekt Izgradnja


Izvor: Stari vukovarski vodotoranj iz 1913; Dragan Damjanović

Crkva Sv. Blaža 1910-1913

Arhitekt: Viktor Kovačić (1874-1924)

Prva armiranobetonska kupola uHrvatskoj Promjer 18 metara

Anegdota: Radnici su se bojali skinuti oplatu, te

je Viktor Kovačić donio stolicu i sjeotočno ispod središta kupole i naredio:Skidajte skele!

Arhitekt je sjedio cijelu noć ispodkupole nakon što su skinuli oplatu.Slijedećeg jutra rekao je: Jutro jepametnije od večeri!

Kupola još uvijek postoji





1930 prvi ljuskasti krov

Hoover Dam

Grand Coulee Dam, Columbiariver, Washington najveća brana na svijetu u

vrijeme kada je izgrađena 9.155,942 m³ betona

Hoover Dam, Black Canyon,Colorado River 3,33 milijuna m3 betona

1936 prve velike betonskebrane

Eduardo Torroja; Algeciras

Most preko rijeke Veliki Strug (1915-1916)

U kasnom secesijskom i ranom art deko stilu Bio je najznačajniji armiranobetonski most u Hrvatskoj prije kraja

I.svjetskog rata Jedan od najvećih konstrukcijskih poduhvata Austro-ugarske monarhije Duljina: 100 m

32

Izvor: Reinforced concrete bridge across the river Veliki Strug 1915-1916; Dragan Damjanović


Projektanti: Milan Čalogović i Fran Funtak

Most preko rijeke Sava 1938.

Projektant: Milivoj Frković Prva spregnuta konstrukcija

(beton+čelik) u svijetu Značajan doprinos razvoju

inženjerske struke


Meštrovićev paviljon

Prvi nacrti – Ivan Meštrović Arhitekti: Bilinić i Horvat 1933 Izgrađen od 1934 – 1938 pod

vodstvom Ivana Meštrovića iostalih umjetnika

18.07.1944. džamija s triminareta 1949. minareti su srušeni

1949.-1990. Muzej revolucije 1990. Dom hrvatskih likovnih

umjetnika 2002. rekonstrukcija i obnova


Meštrovićev paviljon


1967 prvi betonski sportskicentar Assembly Hall, The University

of Illinois

1992 najveća armirano-betonska zgrada na svijetu 311 south wacker drive, chicago Čvrstoća betona: 83 Mpa Visina 293 m; 65 katova Arhitekt: Kohn Pedersen Fox




NAJPOZNATIJE GRAĐEVINE OD BETONAU 20. I 21. STOLJEĆU U SVIJETU


NAJPOZNATIJE BETONSKEGRAĐEVINE XX STOLJEĆA

Jorn Utzon Opera House, Sidney

Frank Lloyd Wright Guggenheim Museum, New York

Le Corbusier Ville Savoye, Poissy, France


Øresund Bridge – 2000 god.

Lokacija: Copenhagen, Danska– Malmoe, Švedska Ukupna dužina 7845 m, Najveći raspon 490 m


Oceanografija, Valencija


Dubai International Airport – 2008 god.


4,5 milijarde $ - 1,500,000 m²

Petronas Tower

451.9 m visina Dva tornja x 88 katova Optimalna uporaba čelika i

betona




Burj Khalifa, Dubai,The United Arab Emirates

Najviša građevina na svijetu 206 katova, visina 828 m Rekord na visinu na koju je

pumpan beton, 452 m Gradnja: rujan 2004 do siječanj

2010


NAJPOZNATIJE GRAĐEVINE OD BETONAU 20. I 21. STOLJEĆU U HRVATSKOJ


Most preko rijeke Korane, 1958. – KrunoTonković


Mostogradnja - Kruno Tonković


Most preko rijeke Korane, Karlovac Most preko rijeke Slunčice

Most preko rijeke Korane, Plitvice

Zagrebački velesajam, Paviljon 40

1957. godine Arhitekt: IvanVitić Inženjer: Kruno Tonković Izgrađen u 4 mjeseca

95x40x16 m


Zagrebački velesajam, Paviljon 40


Konstruktivna rješenja i detalji Vlačna membrana – sedlasta ploha



Mostogradnja – Ilija Stojadinović

most preko Krke Projektant: Ilija Stojadinović Ukupna duljina: 340 m Raspon: 246,4 m Prvi armiranobetonski luk u svijetu

građen u potpunosti konzolnoggradnjom

Projektant: Ilija Stojadinović Ukupna duljina: 301 m Raspon 201 m Prefabricirani prednapeti betonski

elementi, u cjelinu spajani betonskompločom izvođenom in situ


Šibenski most ,1964-1966

Paški most, 1967-1968


HE Đale -1989 HE Zrmanja 1978 - 1985

Peruča, 1958 (betonska obloga) Lešće, rijeka Dobra

Radio-televizijski toranj Sljeme, 1973.

Inženjer: Krešimir Šavor Visina: 78 m Vrh: 92 m

51 Teorija i tehnologija betona 52 Teorija i tehnologija betona

Koncertna dvorana Vatroslav Lisinski, 1973. Poglavarstvo Grada Zagreba, 1957.

Zagrepčanka, 1976. Mamutica, 1974.

Most Krk, 1976-1980 Projektant: Ilija Stojadinović

Najveći armiranobetonski luk u svijetu (u tomtrenutku) - raspon 390 m

Ukupna duljina - 1430 m

Krk II Raspon glavnog luka: 244 m

Materijali: Beton: 20 500 m3

Čelik za prednapinjanje: 130 t

Armatura: 4 500 t


Tunel Učka, 1976.-1981.

Projektant: Ivan BanjadInstitut IGH d.d. Zagreb Ukupna duljina: 5062 m Širina: 9,1 m Visina: 4,5 m




Maslenički most, 1993.-1997.

Projektanti : V. Čandrlić, Z.Šavor, J.Radić Armiranobetonski luk raspona

200 metara Prefabricirani prednapeti betonski

nosači, spajani betonskom pločomizvođenom in situ


Most preko Rijeke dubrovačke, 2002.


Projektant: Z. Šavor

Sastoji se od: Ovješenog mosta raspona

244+80,7 m Sandučastog mosta izveden od

prednapetog betona raspona 60 mu krivini

Ukupna duljina: 518,23 m

Most preko Krke, 2003.-2004.

Projektant: Z. Šavor Armiranobetonski luk raspona

204 metra Spregnuta konstrukcija


Tunel Sv. Rok, 2003.

Otvorenje: Zapadna cijev 30.06.2003. Istočna cijev30.05.2009.

Projektant: Institut IGH d.d. Zagreb Ukupna duljina istočne cijevi: 5679 m Ukupna duljina zapadne cijevi : 5670 m

Građen je primjenom New AustrianTunnelling method, kombinacijombušenja i miniranja


Tunel Mala Kapela

Najdulji tunel u Hrvatskoj Ukupna duljina: 5780 m

Otvorenje: Zapadna cijev 15.06.2005. Istočna cijev 30.05.2009.

Projektant: Institut IGH d.d. Zagreb Građen je primjenom New Austrian

Tunnelling method, kombinacijombušenja i miniranja


Domovinski most, 2007.

Projektant: RajkaVeverka iMartina Balić

Ukupna duljina: 860 m Širina: 34 m Višenamjenski most Vanjsko prednapinjanje




Sportske dvorane


Spaladium Arena, Split Arena Zagreb

Sportska dvorana, Osijek Žatika, PorečBETON KAO KONSTRUKCIJSKI

MATERIJAL


Beton

najraširenija uporaba ugrađevinarstvu

upotreba betona u odnosu naupotrebu čelika - 10/1

1964. god. 3 milijarde tona

2004. god 11 milijardi tona

1.5 - 3 t/stanovniku/ godini urazvijenim područjima u svijetu

63

16 milijuna m3 tijekom 17 godina


Svjetska godišnja potrošnja betona

Three Gorges Dam

Beton

čelične šipke preuzimaju vlačna naprezanja

sile prednapinjanja u elementu izazivaju takvo stanjenaprezanja koje materijal može podnijeti pri svimdjelovanjima za vrijeme eksploatacije


Armirani beton

Prednapeti beton

Razlozi primjene betona

1. Otporan na djelovanje vode? Najranija primjena – Rimljani akvadukti i zidovi za zaštitu obale

Današnja primjena brane, kanali, kolnici cijevi za transport vode, stupovi,

temelji, podne konstrukcije, vanjske zidovi, krovnekonstrukcije i ostali elementi izloženi vodi


ITAIPU DAM, BRAZIL

ugrađeno ukupno 12,3 milijunam3 betona

iskopano ukupno 23,6 miliona zemlje 32 m3 stijene

troškovi gradnje $18,5 milijardi




Brana Three Gorges, Kina

Ukupno je iskopano 134 milijunam3 kamenog materijala iugrađeno 27,94 milijuna m3

betona Ukupno je korišteno 463 tisuće

tona armature i 265,5 tisućatona metalne konstrukcije


Kalifornijski kanal


Izvor: http//www.cpcpa.com


2. Jednostavno oblikovanje elemenata


Sportska palača, Rim

(arh. Pier Luigi Nervi

za Olimpijske igre 1960.)

Naftna platforma Statfjord B,

Norveška, 1981.


Bahai Tower, Chicago


jednostavno oblikovanje elemenata

Skulptura “Fountain of time”, 1920.


University of Chicago campusumjetnik Lorado Taft,

Hrvatske skulpture -1960te do 1970te

Podgarić, 1967Umjetnik: Dušan Đamonja

Petrova Gora, 1981Umjetnik : Vojin Bakić




Hrvatske skulpture -1960te do 1970te

Jasenovac, 1966Umjetnik : Bogdan Bogdanović

Sisak, Brezovica, 1981Umjetnik: Želimir Janeš



Beton 450 – 750 kwh/T Armirani beton 850 – 3200 kwh/T Čelik 8000 kwh/T


3. Energetski povoljan


4. ostali razlozi: održavanje čvrstoća se povećava s vremenom u normalnim uvjetima:

dugotrajan ne zahtijeva površinsku obradu za

normalne uvjete

otpornost na djelovanje vrloniskih i visokih temperatura(požar)

otpornost na cikličkaopterećenja



76

Detaljnije o cryogenic betonu - http://www.lngexpress.com/dlng/Pres/BrianRaine.pdf , Cryogenics 47(2007) 517 - 525


Betonski spremnik prirodnog plina uRevithousu (cyrogenic concrete)


Komparacija gubitkačvrstoće: Čelik T = 600 °C Kompoziti T =100 - 250°C Beton može odolijevati 2 – 6

sati



5. Sposobnost ugradnje “otpadnih” materijala kao komponentesastava


Zamjena dijela cementa Leteći pepeo Zgura Silicijska prašina Metakaolin

Uporaba otpada kao agregata Reciklirani građevinski otpad

(beton, opeka, staklo) Reciklirana guma




6. Zajednički rad s armaturom

Sličan koeficijent linearnog termičkog širenja: Čelik 1,2 x 10 -5 Beton 1,0 x 10 -5 Bakar 10 -8


Ograničenja primjene betona


Kvazi krt materijal

poboljšanje armirani beton


Fvl cca 0,1fb

Poboljšanje: mikroarmiran betonpolimer beton


Mala vlačna čvrstoća

Mala žilavost



Vrijeme njegovanja

Poboljšanje:njegovanje parompredgotovljeni elementi


Poboljšanja: prednapeti beton


Pukotine

Komponente sastava betona

beton ρb= 2,35 g/cm3

cement ρc= 3 g/cm3

agregat ρa= 2,65 g/cm3

voda ρv= 1 g/cm3

dodaci betonu

ρd= 1-2 g/cm3




VOLUMNI OMJERI UČEŠĆA OSNOVNIHSASTOJAKA U OČVRSLOM BETONU


agregat

CEMENTNI KAMENNEHIDRATIZIRANI I

HIDRATIZIRANICEMENT

VEZANA VODA PIJESAK KAMEN

pore čvrsti materijal

zrak 17-20% voda 8-16% cement

25-30% vezivo 65-75% kemijski praktično inertna ispuna

mort kameni skelet

AGREGAT

ZRA

K I

SLO

BOD

NA V

OD

A

Volumni omjeri - produkt


CEMENT


uloga cementnog kamena ubetonu: slijepiti zrna agregata i betonu

dati odgovarajuću čvrstoću; ispuniti prostor među česticama

agregata i njime tvoritinepropusnu masu

nositelj dvaju karakterističnihsvojstava betona: skupljanja ipuzanja

uobičajene količine cementa um3 betona: 200 – 400 kg

Svjetska proizvodnja cementa


godinaSvjetska proizvodnja

cementa(milijun tona)

1995 1,3962000 1,6622005 1,8392010 1,946

Izvor: V.M. Malhotra, http://www.hvfacprojectindia.com/

Svjetska proizvodnja cementa po regijama –2010. god.

Izvor: http://www.cembureau.be/sites/default/files/Worldproduction2010.pdf


3,3 milijarde tona

Cementi opće namjene - TPBK

CEM I – portland cement CEM II – portland cement s miješanim dodatkom CEM III – metalurški cement CEM IV – pucolanski cement CEM V – miješani cement




27 VRSTA CEMENATA OPĆE NAMJENE


AGREGAT

zrna agregata čine skelet, kojidaje krutost betonu

daje dimenzionalnustabilnost, tj. umanjujedugotrajne volumnepromjene svojstvene zacementni kamen

relativno je jeftin, pa toosigurava ekonomičnostbetonskih konstrukcija


AGREGAT

AGREGAT

PRIRODNI UMJETNI

▪ VUČENI NANOS

▪ DROBLJENI AGREGAT

▪ RAZNI OTPADNI MATERIJALI IINDUSTRIJSKI NUSPROIZVODI

▪ SPECIJALNI PROIZVODI


RECIKLIRANI AGREGAT

VODA

količinom vode se regulira viskoznost svježeg betona količina vode se mijenja u uskim granicama - od 160 do 200 l

na m3 betona povećanje količine preko one koja je potrebna za

hidrataciju cementa povećanje količine porasmanjenje čvrstoće, trajnosti i drugih temeljnih svojstavabetona

voda za piće je dobra i za spravljanje betona


DODACI BETONU ILI ADITIVI

tvari, najčešće organskogpodrijetla, koje dodane u svježumješavinu modificiraju svojstvasvježeg ili očvrslog betona, ilimorta ili cementne paste;

dodaju se u promilima ilipostocima od udjela cementa umješavini.


MOGUĆNOSTI MODIFIKACIJE SVOJSTAVASVJEŽEG I OČVRSNULOG BETONA

Povećanje obradljivosti svježeg betona bez povećanjakoličine vode, ili smanjenje količine vode uz istu obradljivost

Usporiti ili ubrzati vrijeme početka vezanja cementa Smanjiti ili spriječiti plastično skupljanje ili izazvati ekspanziju




MOGUĆNOSTI MODIFIKACIJE SVOJSTAVASVJEŽEG I OČVRSNULOG BETONA SU: Modificirati brzinu izdvajanja ili ukupno izdvajanje vode Smanjiti segregaciju Poboljšati pumpabilnost Usporiti gubitak obradljivosti Spriječiti smrzavanje svježeg betona Usporiti ili smanjiti razvoj topline u mladom betonu Povećati čvrstoću Povećati trajnost betona


Mineralni dodaci

Kemijski dodaci

Tip I Tip II

• punila (fileri)

• pigmenti

• leteći pepeo

• silicijska prašina

• plastifikator• superplastifikator• dodatak za zadržavanjevode• aerant• ubrzivač vezivanja• ubrzivač očvršćivanja

• usporivač vezivanja• dodatak zavodonepropusnost• dodaci za mlazni beton• dodatak za betoniranje priniskim temperaturama


Uobičajeni sastavi za 1 m3 betona različitihčvrstoća

Betoni malečvrstoće

Normalni (obični)betoni

Betoni visokečvrstoće

Cement (kg) 255 356 510

v/c 0,7 0,5 0,35

Pijesak (kg) 801 848 890

Agregat (kg) 1169 1032 872

Čvrstoća(N/mm2) 18 30 60


SVOJSTVA BETONA


SVOJSTVA SVJEŽEG BETONA

obradivost - konzistencija izdvajanje vode segregacija vrijeme vezanja betona homogenost bet. mješavine temperatura sadržaj pora u svježem betonu


Reološki modeli

Prikazuju ponašanje realnih materijala veličinamanaprezanja i deformacija povezanih u reološkejednadžbe

Osnovni modeli: Hooke-ov (elastični) Saint Venant-ov (plastični) Elasto-plastični Newton-ov (viskozni)




Proces tečenja kod betona

da bi beton počeo teči, potrebna je određena sila tj.beton pruža otpor tečenju

sila potrebna da se inicira tečenje – naziva se granicatečenja, t0


.

brzina smicanja (1/s)

Posmično naprezanje(Pa)


Povećanjem brzine, povećava se otpor tečenju(povećavaju se posmična naprezanja)


.




Nagib krivulje označava plastičnu viskoznost,


.



1


Granica tečenja, 0 i i plastična viskoznost, mogu semjeriti pomoću VISKOZIMETRA


Binghamov reološki model

t0 = 0 – Newtonova idealna tekućina


0

.

0granica tečenja

Empirijski postupci mjerenjakonzistencije

Postupak ispitivanja Norma

Slijeganje (Slump test) HRN EN 12350-2

Vebe postupak HRN EN 12350-3

Rasprostiranje (Flow test) HRN EN 12350-4

Stupanj zbijenosti (prema Walz-u) HRN EN 12350-5




Svojstva očvrsnulog betona

Čvrstoća mjera veličine naprezanja koju materijal može podnijeti čvrstoća ovisi o procesu hidratacije cementa pa se za

proračun uzima 28-dnevna tlačna čvrstoća vlačna i savojna čvrstoća ~ 10-15 % tlačne čvrstoće

Proračuni betonskih konstrukcija se rade podpretpostavkom da beton preuzima tlačno opterećenje



Modul elastičnosti (E) omjer između naprezanja i deformacije

Predstavlja najveće dozvoljeno naprezanje prije negou materijalu nastanu stalne deformacije

Ebet=14000 - 40000 N/mm2


RADNI DIJAGRAM

ε %

σ MPa

A A stijena (agregat)A stijena (agregat)

BB betonB beton

C C cementni kamenC cementni kamen


TRAJNA ČVRSTOĆA BETONA dugotrajno tlačno naprezanje, koje je manje od trajne čvrstoće neće

izazvati zakazivanje čak i ako djeluje beskonačno dugo vremena


Deformacija betona0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Granica tečenja

t = vrijeme podopterećenjem

Granica zakazivanja

Dug

otra

jna

napr

ezan

ja

Stan

dard

na tl

ačna

čvr

stoć

a Ec

t = t = 7 danat = 100 min

t = 20 min

ČVRSTOĆA NA UMOR

400 800 1200 1600 20000

0

5

10

15

20 Brojciklusa

1675 24.000 317.000 341.000

Deformacije . 10-6

Nap

reza

nje,

MP

a



Kod velike vrijednosti naprezanja, deformacije višenisu proporcionalne naprezanju i postaju trajne takve deformacije se nazivaju PLASTIČNE DEFORMACIJE

Veličina plastičnih naprezanja prije loma mjera suduktilnosti materijala





Energija potrebna da dođe do loma materijalapredstavljena je površinom ispod krivulje radnogdijagrama

ŽILAVOST je mjera takve energije Dva materijala mogu imati identične čvrstoće, ali različitu

žilavost Općenito – što je veća čvrstoća, manje su duktilnost i

žilavost materijala



Kod materijala velikih čvrstoća obično dolazi do krtogloma – bez velikih plastičnih deformacija

U proračunima se beton ne smatra duktilnimmaterijalom i ne preporuča se uporaba nearmiranogbetona za konstrukcije koje su podvrgnute teškomudarnom opterećenju



Beton – heterogeni materijal Čvrstoća betona je obično puno manja od čvrstoće njegovih

komponenti Važna je zona tzv. interface-a između krupnog agregata i

cementne paste



Kod betona ponašanje pod opterećenjem ovisi ovremenu Ako se beton podvrgne dugotrajnom konstantnom

naprezanju (npr. 50 % čvrstoće) – pokazat će plastičnudeformaciju

PUZANJE pojava postepenog povećanja deformacije u vremenu pod

stalnim naprezanjem – važno kod svih vrsta betona (običnih,armiranih i prednapetih)



Deformacije mogu rasti i u neopterećenom betonukao rezultat promjene vlažnosti i temperature

Skupljanje uslijed sušenja – nastaje u svježem betonu zbogokolišne temperature

Termičko skupljanje – slaba disipacija topline nastale odprocesa hidratacije – masivni betoni!


RAZVIJA SETOPLINAHIDRATACIJE

visoka temperatura uunutrašnjosti bet. el.npr. 60 °C

temperatura okolinenpr. 10°C

Nastajetemperaturnigradijent -Naprezanja moguprekoračiti vlačnučvrstoću betona –nastaju pukotine

Temperaturni problemi kod masivnog betona





Trajnost – životni vijek materijala pod određenimuvjetima eksploatacije

Ovisnost čvrstoće i trajnosti Betoni male čvrstoće su obično velike poroznosti i

propusnosti

PROPUSNOSTBETONA



Propusnost betona ovisi o sastavu betonske mješavine,zbijanju, njegovanju te temperaturnim ciklusima i promjenamavlažnosti


Utjecaj kapilarnog upijanja napropusnost betona

Utjecaj v/c omjera napropusnost betona

DEFORMACIJE BETONA ZBOG PROMJENETEMPERATURE

Deformacije betona uslijed promjene temparatureovise o toplinskom koeficijentu linearnog širenja b


b ovisi o: sastavu betona; toplinskom koeficijentu linearnog širenja agregata; vlažnosti betona.

l = b T l0produljenje

toplinski koeficijent linearnog širenja

promjena temperature

početna duljina

DEFORMACIJE ZBOG PROMJENE RELATIVNEVLAŽNOSTI


20 40 60 80 100

10

12

14

16

18

20

8

Relativna vlažnost, %

Koef

icije

nt li

near

nog

topl

insk

og is

teza

nja

cem

entn

og k

amen

a–10

-6

Najveći je kod 65 %,što je posljedicapovećanog pritiskavodene pareu porama cementnogkamena uslijedrasta temperature.

TRAJNOST BETONA

Trajan beton treba se tijekommnogih godina suprotstavitidjelovanju raznih kemijskih,fizičkih, mehaničkih i biološkihprocesa razaranja

Uz karakterističnu čvrstoću ideformabilnost, svojstva trajnostisu najvažniji parametri opostignutoj kakvoći betona


TRAJNOST BETONA

Trajnost betona i armiranog betona je prvenstvenoodređena mogućnošću penetracije agresivnih tvari ubeton.

Osnovni parametri trajnosti betona - svojstvaapsorpcije, difuzije i tečenja fluida pod tlakom krozporoznu strukturu cementnog kamena




KOROZIJA ARMATURE U BETONU


Pote

ncija

l (V)

KOROZIJA

Nema opasnosti od korozije

PasivnoArmaturničelik ubetonu

SmanjenjepH

KOROZIJA!!!

POŽAR


Betoni od cementa na baziportland cementnog klinkeramogu duže vrijeme biti izloženitemperaturi do 250°C

Do znatnijeg pada čvrstoće irazaranja betona dolazi natemperaturama iznad 300°C

PONAŠANJE BETONA PRI POŽARU

Ponašanje: temp.>100°C - oslobađanje

vode u obliku vodene pare sjedne strane i kondenzata sdruge strane elementa

pad čvrstoće: nakon temp.>300°C za 20% nakon temp.>500°C za 40% nakon temp.>600°C za 70%

Ovisi o: vrsti agregata trajanju izloženosti (ako ne traje dugo manifestira se samo

u površinskim slojevima) masivniji elementi otporniji

!! Naknadno se može izgubiti i do 20%na čvrstoći!


BETON - krivulje naprezanja-deformacijena povišenim temperaturama


1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10

1 2 3 4

1000°C800°C

20°C

200°C

400°C

600°C

Deformacije (%)

Normalna naprezanja

DJELOVANJE CIKLUSA SMRZAVANJA


Oštećenja betona uslijedsmrzavanja i odmrzavanja

OČVRSNULI BETON Svojstva koja se propisuju: tlačna čvrstoća

vlačna čvrstoća – cijepanjem i savijanjem gustoća očvrsnulog betona modul elastičnosti skupljanje i puzanje vodopropusnost otpornost na smrzavanje sa ili bez soli za odmrzavanje ostala trajnosna svojstva


OSNOVNO SVOJSTVOOSNOVNO SVOJSTVO

DODATNA SVOJSTVADODATNA SVOJSTVA



ISPITIVANJE TLAČNE ČVRSTOĆEHRN EN 12390-3 ispituje se pri starosti od 28 dana

reprezentativna masa betona se ugrađuje u čelične iliplastične kalupe


h=300 mm

d=150 mm

fck,valj

a=150 mm

fck,koc

MARKA BETONA I RAZRED TLAČNEČVRSTOĆE

PBAB (1987.) – Marka betona TPBK (2006.) – Razred tlačne čvrstoće

MARKA BETONA(MB) 15 20 30 40 50 60

RAZREDTLAČNEČVRSTOĆE

C12/15

C16/20 C25/30 C30/3

7C40/50

C50/60


Betoni visokih čvrstoća

RAZREDI TLAČNE ČVRSTOĆE

135

RAZREDI TL. ČVRSTOĆENAJMANJA KARAKTER. ČVRSTOĆAVALJKA, fck,valj (N/mm2)

NAJMANJA KARAKTER.ČVRSTOĆA KOCKE,fck,koc(N/mm2)

C8/10 8 10

C12/15 12 15

C16/20 16 20

C20/25 20 25

C25/30 25 30

C30/37 30 37

C35/45 35 45

C40/50 40 50

C45/55 45 55

C50/60 50 60

C55/67 55 67

C60/75 60 75

C70/85 70 85

C80/95 80 95

C90/105 90 105

C100/115 100 115Teorija i tehnologija betona

Betoni visokih čvrstoća

RAZREDI TLAČNE ČVRSTOĆE ZA LAGANEBETONE

136

RAZREDI TL. ČVRSTOĆENAJMANJA KARAKTER. ČVRSTOĆAVALJKA, fck,valj (N/mm2)

NAJMANJA KARAKTER.ČVRSTOĆA KOCKE,fck,koc(N/mm2)

LC8/10 8 9

LC12/13 12 13

LC16/18 16 18

LC20/22 20 22

LC25/28 25 28

LC30/33 30 33

LC35/38 35 38

LC40/44 40 44

LC45/50 45 50

LC50/55 50 55

LC55/60 55 60

LC60/66 60 66

LC70/77 70 77

LC80/88 80 88Teorija i tehnologija betona

Starost betona

Tlač

na č

vrst

oća

Njegovano u vlazi,ispitano suho Njegovano u vlazi ispitano vlažno

Njegovano na zraku, ispitano vlažno

Njegovano na zraku ispitano suho

Naknadno njegovano u vlazi

ODNOS TLAČNE ČVRSTOĆE, STAROSTI I UVJETANJEGOVANJA BETONA


fc ..............tlačna čvrstoća

K ..............konstanta materijalaodređena eksperimentalno

Vc, Vw i a....volumeni cementa, vode izraka

TEORIJSKO PREDVIĐANJE TLAČNEČVRSTOĆE (1)

Feret (1897. god)

2

aVV

VKfWC

Cc

cvc BAf /


Abramsova formula (1919. god)

A i B........ određuju se eksperimentalno za cement,agregat, aditive, starost betona, te načinnjegovanja i ispitivanja



TEORIJSKO PREDVIĐANJE TLAČNEČVRSTOĆE (2)

Popovics – proširenaAbramsova formula

ccvc BAf 000637,0/

accvc BAf 0279,0000637,0/


A i B..... karakteristični za vrstucementa i agregata iodređuju se pokusima

a..... količina zraka u %volumena betona

FAZE UFAZE UPROIZVODNJI BETONAPROIZVODNJI BETONA

LABORATORIJZA BETON

GRADILIŠNILABORATORIJ

ZA BETON

DOZIRANJESASTOJAKA

DOPREMA I SKLADIŠTENJESASTOJAKA

MIJEŠANJE

VANJSKITRANSPORT

(0-100 km)

GRADILIŠNITRANSPORT

UGRADNJA

ZBIJANJEBETONA

ZAVRŠNAOBRADAPOVRŠINE

NJEGOVANJETeorija i tehnologija betona140

VRSTE BETONA –prema gustoći

teški betoni(gustoće veće od 2600 kg/m3) Zaštita od radijacije Izrađuju se od agregata velike gustoće

lagani betoni(gustoće između 800 i 2000 kg/m3)

obični betoni(gustoće između 2000 i 2600 kg/m3)


VRSTE BETONA –prema čvrstoći

Betoni male čvrstoće – fc< 20 N/mm2

Normalni (obični) betoni – fc = 20 - 40 N/mm2

Betoni visoke čvrstoće - fc > 40 N/mm2


SPECIJALNI BETONI

nastaju modifikacijom svojstava običnog betona

- impregnirani betoni(polimeri, sumpor, parafin)- polimerni portland-cementni beton(PPCC)- vatrobetoni

- mikroarmirani beton- ferocement- polimerni beton (PC)- polimerni portland - cementni beton(PPCC)

obični betonobični beton

ρ ≈2,35 g/cm3

- teški betoni- laki betoni

ft<<fc

trajnost

- dekorativnibetoni

- prepakt- ekspanzivni cementi

- uvaljani beton- pucolanski dodaci- stabilizacija143 Teorija i tehnologija betona

Ostale vrste betona

Mikroarmirani betoni Polimerom modificirani betoni Samozbijajući betoni Masivni betoni Uvaljani betoni




Zakonska regulativa

GRAĐEVINSKAREGULATIVA je skup zakona, uredbi, propisa,

pravila struke, i drugih akatakojima se uređuju i usklađujuodnosi svih sudionika uprojektu, razrađuju bitni zahtjeviza građenje, postupci koji sepritom vode i sl.


Zakonska regulativa

Zakon o prostornom uređenju i gradnjiNarodne novine 76/07, pdf, 38/09, 55/11, 90/11

Tehnički propis za betonske konstrukcijeNarodne novine 139/09, 14/10, 125/10 – TPBK

Tehnički propis za spregnute konstrukcije od čelika i betonaNarodne novine 119/09, 125/10

Tehnički propis o građevnim proizvodimaNarodne novine 33/10, 87/10, 146/10, 81/11, 100/11


TPBK

Tehnički propis zabetonske konstrukcije sprilozima (od A do K)

http://www.nn.hr/

HRN EN 206-1:2006Beton – 1 dio:Specifikacije, svojstva,proizvodnja i sukladnost

HRN 1128:2007

http://www.hzn.hr


Pitanja1. Kako se zove tvorac portland cementa? O kojem se stoljeću radi?2. Tko je prvi upotrijebio armaturu u betonu, a koga zovemo ocem

armiranog betona?3. Pri izgradnji kojeg se povijesnog objekta u Hrvatskoj prvi put upotrijebilo

zajedno čelik i beton?4. Koji je prvi armiranobetonski most u Hrvatskoj?5. Navedite najznačajnije hrvatske mostograditelje.6. Tko je arhitekt prve armiranobetonske kupole u Hrvatskoj?7. Navedite ime mosta i projektanta prve spregnute konstrukcije u svijetu.8. Navedite primjere svjetski poznatih betonskih građevina.9. Koja je trenutno najviša građevina na svijetu. Koja tehnologija ugradnje

betona je primijenjena tijekom izgradnje?10. Navedite po dva mosta graditelja Krune Tonkovića i Ilije Stojadinovića.11. Po čemu je Krčki most u vrijeme izgradnje bio prvi u svijetu?


Pitanja12. Objasnite osnovnu razliku između nearmiranog i armiranog betona.13. Navedite osnovne razloge značajne primjene betona u odnosu na druge

materijale.14. Koja su ograničenja primjene betona?15. Navedite osnovne komponente betona.16. Navedite udio koje komponente u sastavu betona raste ukoliko želimo

umjesto betona normalne čvrstoće dobiti beton visoke čvrstoće.17. Koje osnovne reološke modele poznajete?18. Navedite uslijed kojih djelovanja može doći do degradacije betona.19. Što je to razred tlačne čvrstoće betona?20. Kako dijelimo betone prema gustoći?21. Koje vrste specijalnih betona poznajete?22. Navedite važeće standarde u području primjene betona.23. Navedite najznačajnije hrvatske mostove 20. stoljeća.


Sljedeće predavanje:

Struktura očvrsnulog betona


1 predavanje-uvod-beton

Documents