Sekula ivkovi1

SAMOZBIJAJUI BETON SVOJSTVA I TEHNOLOGIJA Rezime

Poslednjih dvadeset godina zapaena su dva kontradiktorna procesa, vezana za trajnost betonskih konstrukcija: (1) poboljanje kvaliteta betonskih meavina, kao rezultat stalnog rasta tehnolokih saznanja i usavravanja propisa i standarda, vodilo je poveanju potencijalne trajnosti betonskih konstrukcija i (2) usled sve veeg nedostatka dobro obuenih radnika na betoniranju, zapaen je opti pad kvaliteta izvoenja radova, to je dovelo i do pada stvarne trajnosti betonskih konstrukcija. Prevazilaenje jaza izmeu ova dva, meusobno suprotstavljena procesa, mogue je samo kroz odluno poveanje nivoa industrijalizacije izvoenja radova, tj. putem eliminacije uticaja "faktora ovek" na kvalitet izvedenih konstrukcija. Primenom samozbijajueg betona (Self-Compacting Concrete-SCC) mogue je postii ovaj cilj. Trajnost konstrukcija tada iskljuivo zavisi od ostvarenog kvaliteta betonske meavine. Kljune rei:

Samozbijajui,Samougraujui,Beton,Ugradljivost,Obradljivost,Segregacija,Viskozitet,Superplastifikator,Modifikacija,Fine estice,Trajnost.

SELF-COMPACTING CONCRETE A STEP TOWARD DURABLE CONCRETE STRUCTURES

Summary Over the last 20 years the two contradictory processes, connected to the durability of

concrete structures, were observed: (1) improvement of the quality of concrete mixtures, as a result of a continuous growth of the knowledge in technology and of the improvement of codes and standards, led toward the potential durability of concrete structures, and (2) a general decline of the quality of performance of the works, because of gradual reduction in the number of well skilled workers in concreting, affecting a decrease of actual durability of concrete structures. The exceed of the gap between these two mutual opposed processes can only result through a decisive increase of the industrialisation level of the construction process of works, i.e. through the elimination of the effect of "man-factor" on the quality of performed structures. By use of Self-Compacting Concrete it is possible to achieve this aim. The durability of structures then exclusively depends on the achieved quality of concrete mixture. Key words:

Sself-compacting,Self-placing,Concrete,Placebility,Workability,Segregation,Viskosity, Superplasticizer,Modification,Fine particles,Durability.

1 Prof. dr Sekula ivkovi, dipl.gra.in., Graevinski fakultet, Beograd, Bulevar Kralja Aleksandra 73

2

1. UVOD

Po svojoj pravoj prirodi "samozbijajui beton" (Self-Compacting Concrete-SCC) ili "samougradljiv beton", (Self-Placing Concrete-SPC) je takav beton koji nakon unoenja u oplatu ne zahteva vibriranje. Zbijanje (kompaktiranje) ovog betona u svakom delu, ili u svakom uglu oplate, ukljuujui i njene teko pristupane delove, ostvaruje se bez ikakvih spoljnih sila, osim sile gravitacije, tj. njegove sopstvene teine. Svea betonska meavina uneta u oplatu "tee lagano i potpuno ispunjava ak i najmanje prostore izmeu ipki armature, odnosno izmeu armature i oplate"[1]. Bez obzira na visok stepen fluidnosti, ovakav beton ima istovremeno i vrlo visoku otpornost na raslojavanje (segregaciju) sve tri vrste:

- otpornost prema spoljnoj segragaciji: izdvajanje krupnog agregata (aggregate settlement) i

izdvajanje vode (bleeding), - otpornost prema internoj segragaciji: ravnomerna distribucija komponenata za vreme unoenja u oplatu, - otpornost na segregaciju pri rasprostiranju: nema meusobnog "ukljetavanja" zrna

agregata i "sudaranja" sa ipkama armature i oplatom. Re je, dakle, o betonskoj meavini koju karakterie vrlo visoka sposobnost rasprostiranja,

ak i kroz prepreke koje predstavljaju gusto rasporeene (nagomilane) ipke armature. Druga vana reoloka karakteristika veine meavina ovog betona je da su tiksotropne.

Ovakva svojstva samozbijajueg betona postiu se dodavanjem betonu hemijskih dodataka

(aditiva) tree generacije superplastifikatora, najee u kombinaciji sa jednom novom vrstom hemijskih dodataka za modifikaciju viskoziteta ("Viscosity-Modifying Admixture"-VMA) i primenom odreene koliine finog mineralnog dodatka - praha (elektrofilterski pepeo, fino samlevena zgura visokih pei, silikatna praina, kameno brano i dr.). Najvee zrno agregata najee ne prelazi 20-25 mm, premda ima i primera primene i krupnijeg agregata, do 40 mm [2]. S obzirom na uglavnom niske vrednosti vodocementnog faktora (najee ispod 0,40), pored svih napred navedenih svojstava, ovi betoni uglavnom postiu i vrlo visoke vrstoe, mada ima i primera betona za masivne elemente i konstrukcije sa niim koliinama cementa (200-250 kg/m3) i sledstveno tome znatno viih vodocementnih faktora, kada su vrstoe osetno nie: 25-30 MPa [2].

Razvijen tokom poslednje decenije prolog stolea u Japanu i kontinentalnom delu Evrope,

samozbijajui beton danas se u znaajnom obimu primenjuje kako u SAD i Velikoj Britaniji, tako i u nekim od naftom bogatih zemalja Srednjeg Istoka.

2. PROBLEMI TRAJNOSTI BETONSKIH KONSTRUKCIJA I POECI RAZVOJA I PRIMENE SAMOZBIJAJUEG BETONA

Moe se slobodno rei da je osnovni razlog poetka intenzivnih i vrlo ozbiljnih istraivanja na planu dobijanja samozbijajuih betonskih meavina, narastajui problem trajnosti betonskih konstrukcija. Problemi trajnosti betonskih konstrukcija naroito su krajem dvadesetog veka bili aktuelni u Japanu, te su istraivanja u tom pravcu, a na inicijativu Hajime Okamura-e 1986. godine, poela u Japanu. Naime, sa poetkom koji datira negde od 1983. godine, narednih nekoliko godina problem trajnosti betonskih konstrukcija bio je u samom vrhu interesa japanskih istraivaa u oblasti graevinarstva. Izgradnja trajnih betonskih i armiranobetonskih konstrukcija povezana je sa zahtevom za adekvatno zbijanje (kompaktiranje) od strane dobro obuenih radnika za ovu vrstu posla. Meutim, kontinuirano opadanje broja kvalifikovanih i dobro obuenih radnika u Japanu u ovom periodu vodilo je stalnom opadanju kvaliteta graevinskih radova.

Sticajem okolnosti, sa ovim problemima u dobroj meri je bio upoznat i autor ovog rada, koji

je od 1987. do 1992. godine, kao lan RILEM-ovog Tehnikog komiteta TC94 CHC-Concrete in Hot Climates, imao este kontakte i znaajnu saradnju sa istaknutim japanskim strunjakom i

3

istraivaem, Dr Shigeru Morinaga-om. Tih godina, graevinski inenjeri i istraivai u Japanu, meu kojima i Dr Shigeru Morinaga, prosto su bili opsednuti problemom ugroene trajnosti i vrlo brzog propadanja armiranobetonskih konstrukcija, posebno konstrukcija na moru i u obalnim podrujima. O ovom problemu tada se toliko raspravljalo meu japanskim konstrukterima, da se

imao utisak kao da je to glavni problem japanskog drutva uopte.

Razvijale su se, i ubrzo razvile, savremene metode za praenje procesa karbonatizacije, za odreivanje zavisnosti izmeu sadraja jona hlorida i pH vrednosti cementne paste zatitnog sloja (Slika 1), kao i za merenje brzine i dubine karbonatizacije [3]. Potrebno je napomenuti da je problem trajnosti betona, odnosno betonskih konstrukcija, jo mnogo ranije, negde polovinom sedamdesetih godina, poeo ozbiljnije da zaokuplja panju istraivaa na podruju tehnologije betona, odnosno panju graevinskih inenjera-konstruktera. Tokom tog perioda, naime, dolo se do nedvosmislenog zakljuka da su najvei problemi trajnosti armiranobetonskih konstrukcija povezani sa korozijom armature u betonu, izazvane karbonatizacijom zatitnog sloja betona sa jedne i

agresivnim delovanjem jona hlorida, sa druge strane. Slika 2 i Slika 3 to na vrlo ilustrativan nain pokazuju, pregledom intenzivnog rasta broja objavljenih lanaka u svetu, posveenih problemima karbonatizacije, odnosno hloridne agresije, za period 1960-1984 godina [4].

Slika 2. Uestalost referenci u vezi sa karbonatizacijom [4]

Slika 3. Uestalost referenci u vezi sa hloridnom agresijom [4]

Slika 1. Zavisnost izmeu maksimalno doputenog sadraja hlorida i pH faktora [3]

4

Kao rezultat, usledile su izmene odredbi propisa i preporuka mnogih zemalja u vezi sa

maksimalno doputenim sadrajem hlorida u betonu, odnosno u vezi sa minimalnom debljinom zatitnog sloja betona [4], (videti Sliku 4).

Slika 4 Preporuena minimalna debljina zatitnog sloja betona za konstrukcije na moru [4]

Usled akutnog nedostatka dovoljnog broja kvalifikovanih radnika, u prvom redu "betoniraca"

koji rade na vibriranju betona, a sa druge strane usled najee vrlo guste armature i konsekventno tome, veoma oteanog vibriranja zatitnog sloja, kvalitet izvoenja bivao je znaajno ugroen.

Jedno od reenja bilo je i razvoj takve vrste betona, koji e i u ovakvim uslovima obezbediti i

garantovati kvalitetno zbijen, kompaktan beton, uopte, a posebno u okviru zatitnog sloja, a time i trajnije betonske konstrukcije, [5]. Kao to je napred napomenuto, na neophodnost razvoja takve vrste betona prvi je ukazao H. Okamura 1986. godine. Rad na razvoju samozbijajueg betona (Self Compacting Concrete), ukljuujui i fundamentalna istraivanja ugradljivosti i obradljivosti betona (Workaility of Concrete), predvodili su Ozava, Okamura i Maekawa na Univerzitetu u Tokiju i o tome svojim radovima upoznali japansku i svetsku javnost (K. Ozawa 1989, Okamura 1993 i Maekawa 1999). Ve 1988. godine bio je napravljen beton koji se smatra prototipom "samozbijajueg betona", a koji je tada nazvan "beton visokih performansi" (High Performance Concrete-HPC). Svojstva ovog betona tada su opisana na sledei nain [5]:

(1) U sveem stanju: samougradljiv (2) U ranoj starosti: bez inicijalnih defekata, (3) U ovrslom stanju: otporan na spoljne uticaje, odnosno trajan. Otprilike u isto vreme, 1989. godine, profesori Aitcin i Gagne su "beton visokih performansi"

definisali kao beton visoke trajnosti, zahvaljujui niskom vodocementnom faktoru. Od tada, termin "beton visokih performansi" poeo je u celom svetu da se odnosi na "beton visoke trajnosti" (High Durability Concrete-HDC). H. Okamura je, meutim, ovaj termin kasnije preinaio u "samozbijajui beton visoke trajnosti" (Self Compacting High Performance Concrete) [2].

Nakon svog prvog rada o samozbijajuem betonu 1989. godine, isti autor je, na

Meunarodnoj konferenciji KANMET & ACI u Istanbulu 1992. godine, takoe dao prezentaciju ovog betona. Usledio je ACI workshop u Bangkoku 1994. godine, na kome je samozbijajui beton ve postao poznat svim istraivaima na polju trajnosti betona, kao i na polju racionalizacije konstrukcijskih metoda. Koliko je bilo veliko interesovanje u Japanu krajem osamdesetih i u toku devedesetih godina za samozbijajui beton, moda najreitije govori pregled broja prezentacija o ovoj temi, odranih u okviru japanskog Instituts za beton (Japan Concrete Institute-JCI), od strane japanskih Univerziteta, raznih graevinskih kompanija i drugih, prikazan na Slici 5.

5

Slika 5 Pregled broja prezentacija o samozbijajuem betonu na JCI - Japan, za 1989-1996. godinu [5]

3. MEUNARODNE KONFERENCIJE O SCC I ANGAOVANJE MEUNARODNIH STRUKOVNIH UDRUENJA NA DONOENJU PREPORUKA, UPUTSTAVA, PROPISA I STANDARDA IZ OBLASTI SCC

Rast znaaja samozbijajueg betona i njegov veliki potencijal poetkom devedesetih godina i

u Evropi postaju oigledni. Uvoenje samozbijajueg betona (SCC) u Evropu tesno je povezano sa aktivnostima RILEM-a (Meunarodno udruenje laboratorija i eksperata za materijale i konstrukcije). Ova meunarodna tehnika asocijacija bavi se problemima SCC kroz rad Tehnikih Komiteta i organizovanjem meunarodnih simpozijuma. RILEM, odnosno lanovi njegovih Tehnikih Komiteta, organizovali su i uestvovali u radu etiri meunarodna simpozijuma na temu SCC: prvi u Glazgovu, 1996., drugi u Stokholmu 1999., trei u Tokiju 2001. i etvrti u Rejkjaviku 2003. godine. Planirano je da se 2005. godine na istu temu odri simpozijum i u ikagu 2005. godine, ali autoru ovog rada za sada nije poznato da li je on i odran.

Tehniki komitet TC145 WSM - Workability of Fresh Special Concrete Mixes, koji je

osnovan 1992. godine organizovao je simpozijum, odnosno vrlo uspenu meunarodnu konferenciju u Glazgovu - "Metodi proizvodnje i ugradljivost sveeg betona" na kojoj je veliki broj radova bio posveen i SCC-u. Prvi meunarodni simpozijum o samozbijajuem betonu organizovan je 1999. godine u Stokholmu, od strane novog RILEM-ovog Tehnikog Komiteta TC174 SCC - Self Compacting Concrete, koji je osnovan 1997. godine i koji je radio do 2000. godine. Ovaj Komitet je na ovom simpozijumu postavio sebi sloen zadatak da do kraja 2000. godine napravi Preporuke o projektovanju sastava, proizvodnji i primeni samozbijajueg betona. Meutim, rad Komiteta je zavren objavljivanjem Izvetaja o najnovijim dostignuima u oblasti tehnologije SCC, uz opisivanje raspoloivih opcija, ali on nema teinu Preporuka. U tom izvetaju analizirana su svojstva sveeg i ovrslog SCC betona, zatim projektovanje meavine, spravljanje, ugradnja i primena, a opisane su i metode ispitivanja sveeg samozbijajueg betona. U vreme kada je prethodni Komitet privodio kraju svoj rad, RILEM je u jesen 2000. godine osnovao Tehni;ki Komitet TC 188-CSC Ugradnja samozbijajuih betona, koji se bavio razliitim aspektima proizvodnje, meanja, transporta, ugradnje i negovanja, zatim kontrolom kvaliteta i projektovanjem oplata za konstrukcije od SCC betona i sl., [6].

Kako je tada SCC postao iroko prepoznatljiv u Evropi, to i druge relevantne asocijacije

osnivaju svoje posebne Tehnike Komisije (Komitete), Tehnike ili radne grupe, koje e se baviti istraivanjem i razvojem SCC. FIB (Meunarodna Federacija za Beton), nastala 1998. godine

6

spajanjem CEB (Evropski Komitet za Beton) i FIP (Meunarodna Federacija za Prednaprezanje) u okviru Tehnike Komisije C 8 (Beton) osniva Tehniku (radnu) grupu TG 8.4, koju predvodi Ozava, jedan od zaetnika istraivanja SCC. Predvieno je da ova radna grupa odrava bliske kontakte sa RILEM-ovim Tehnikim Komitetima i Meunarodnom mreom o SCC (SCC-net formiranoj pri Kochi University of Technology, Japan), koju predvodi Hajime Okamura,otac SCC-a, kako bi se izbeglo dupliranje rada. Ova grupa prvenstveno treba da se bavi razvojem Preporuka i/ili Pravila za iru primenu SCC i Vodia za budui razvoj projektovanja i izvoenja konstrukcija na bazi SCC. FIB je inicirao i osnivanje tzv. Industrijskih komiteta za razvoj ove nove vrste betona, najee u sprezi sa nacionalnim asocijacijama za beton i njihovom evropskom mreom [6].

EFNARC (Evropska Federacija Proizvoaa Graevinske Hemije i Betonskih Sistema), koja

je nastala 1989. godine, sa osnovnim ciljevima da zatiti komercijalne interese svojih lanova, ali i da promovie i razvija trite, odrava tehnike i profesionalne standarde za svoje proizvode, formirala je svoj Tehniki Komitet SCC sa ciljem da priprema Specifikacije i preporuke za SCC. U radu ovog Komiteta uestvovali su uglavnom predstavnici vodeih proizvoaa graevinske hemije (Degussa, Mapei, MBT, Sika, Domilco). U februaru 2002. godine EFNARC je i objavio ove preporuke, pod naslovom Specification and Guidelines for Self Compacting Concrete, [7].

Evropsko drutvo za istraivanje i razvoj tehnologije, pokrenula je, u sklopu aktivnosti Brite Eu Ram Project-a program Racionalna proizvodnja i poboljanje radnog okruenja kroz primenu SCC. Projekat je trajao od 1997. do 2000. godine i bio je podeljen na 9 glavnih zadataka:

- Preliminarni projekat meavine - Ugradljivost - Reologija - Svojstva ovrslog betona - Metode projektovanja meavine - Beton armiran vlaknima - Sistemi oplate i kvalitet povrine - Proizvodnja betona - Finalni proizvod.

Izvetaj devetog zadatka ima formu Principi i preporuke za SCC. U projektu su uestvovali univerziteti, dravne institucije i proizvodne firme iz oblasti graevinarstva. Isto drutvo pokrenulo je i novi program Ispitivanje svojstava sveeg SCC i planira da za svoja istraivanja potrai potporu i pri CEN-u. Nacionalna strukovna udruenja veine razvijenih evropskih zemalja u kojima se primenjuje SCC uglavnom su pripremile Uputstva ili Preporuke o upotrebi SCC. Jedan od prvih objavljenih dokumenata je Preporuke za SCC Japanskog udruenja graevinskih inenjera (JSCE), a slino su uradila i udruenja nekih evropskih zemalja (Francuska, vedska, i dr.), [6]. U naoj zemlji poslednjih nekoliko godina takoe su zapoeta teorijska i eksperimentalna istraivanja iz ove oblasti, pre svega na Graevinskom fakultetu u Beogradu, gde je, osim nekoliko uraenih diplomskih radova u toku i rad na jednoj doktorskoj tezi iz ove oblasti. Graevinski fakulteti iz Beograda, Tehniki fakultet u Novom Sadu i Graevinsko-arhitektonski fakultet u Niu, zajedno sa Institutom IMS iz Beograda, rade na jednoj naunoj temi u kojoj je glavni akcenat dat istraivanjima SCC betona. Potrebno je istai i to da je na Novom Beogradu tokom protekle godine, na jednom velikom poslovnom objektu, uspeno izvedena armiranobetonska temeljna ploa primenom Samozbijajueg-SCC betona.

7

4. REOLOKO-TEHNOLOKI ZAHTEVI SAMOZBIJAJUIH (SAMOUGRADLJIVIH) BETONSKIH MEAVINA

4.1 Opta razmatranja reolokih svojstava betona tipa SCC Kao to je opte poznato, sa reoloke take gledita svea betonska meavina moe se tretirati

kao jedinstveno fiziko telo u okiru koga su voda, estice cementa i zrna agregata meusobno povezani unutranjim silama veze, te se u reolokom pogledu moe definisati kao elasto-plastino-viskozan sistem. Ovakvi sistemi poseduju odreenu strukturnu smiuu vrstou t0, kao i odreen viskozitet h, te u reolokom pogledu pripadaju tzv. Bingham-ovom telu ili Bingh-amovom fluidu,

kod koga vezu izmeu smiueg napona t i brzine prirataja deformacija deformacija

= ggdt

d z , sa

dovoljnom tanou, moe oprisati nie data relacija (1), ija je grafika interpretacija prikazana na Slici 6 [8]:

+=+= ghtg

htt 00 dtd z (1)

U navedenom izrazu veliina t0 predstavlja granino smiue naprezanje (granicu teenja - yield strength) ili strukturnu vrstou, a h plastinu viskoznost (plastic viscosity). Strukturna vrstoa t0 je veliina smiueg napona koju treba prekoraiti (savladati) da bi se elasto-plastino-viskozan sistem preveo u plastino stanje (stanje teenja), koja prema nekim autorima za SCC ima vrednost 50-200 N/mm2, a za obian beton 500-2000 N/mm2. Plastina viskoznost h predstavlja unutranji otpor materijala prema fluidnom teenju i smatra se da je za SCC ova

Slika 6 Grafika interpretacija Bingham-ovog reolokog modela [8]

vrednost 20-100 Pas, a za obian beton 50-100 Pas.

SCC u sutini predstavlja Bingham-ov materijal sa pseudo-plastinim ponaanjem, to znai da njegova plastina viskoznost h nije konstantna veliina, ve se menja u zavisnosti od veliine smiueg naprezanja. Vrednost plastine viskoznosti je niska (h1) pri niskim vrednostima smiuih napona, a u isto vreme je visoka (h2), kada su visoka i smiua naprezanja t [9]. Sa porastom vrednosti h1 raste i otpornost prema segregaciji, dok sa smanjenjem vrednosti h2 raste sposobnost rasprostiranja. Prema tome, jasno je da za uticaj na najznaajnija svojstva SCC vae sledee konstatacije:

8

- Radi poveanja otpornosti prema segregaciji pri rasprostiranju, parametar h1, koji je po

svojoj prirodi nizak, treba poveati, - Radi dostizanja bolje spozobnosti rasprostiranja, ak i pri tako niskim smiuim

naprezanjima, kakva su ona koja proizvodi samo sopstvena teina, bez ikakvih spoljnih uticaja, parametar h2, koji je po prirodi visok, potrebno je smanjiti.

Slina razmatranja odnose se i na vrednost strukturne vrstoet0: da bi svea betonska smea

posedovala odreenu "samougradljivost" ("self-compactibility"), vrednost t0 mora da bude dovoljno niska, a da bi se izbegao rizik od segregacije, da bude istovremeno i dovoljno visoka. U narednom delu ovog poglavlja bie razmatran uticaj pojedinih parametara na napred opisana reoloka svojstva SCC betona. Generalno se, meutim, moe rei da parametri koji utiu na poveanje (ili smanjenje) strukturne vrstoe t0 izazivaju istovremeno i poveanje (ili smanjenje) plastine viskoznosti h i to najee istovremeno i h1 i h2.

4.2 Uticaj pojedinih sastojaka i vodocementnog faktora SCC betona na reoloka svojstva

4.2.1 Cement Svojstva cementa koja utiu na reoloka svojstva betona uopte, pa time i na svojstva SCC

betona, su finoa mliva i sadraj minerala C3S. Vea finoa mliva, odnosno vei sadraj minerala C3S, poveavaju istovremeno i strukturnu vrstou i plastinu viskoznost -h1 i h2. Prema tome, cementi bogatiji sa C3S i sa veom specifinom povrinom po Blain-uutiu na sposobnost samozbijanja, odnosno na samougradljivost na sledei nain:

- Sa jedne strane, poveane vrednosti t0 i h1 su povoljne, jer smanjuju tendenciju SCC ka

segregaciji, - Sa druge strane, pak, poveanje plastine viskoznosti h2 smanjie sposobnost

rasprostiranja SCC (pri veim smiuim naprezanjima). 4.2.2 Mineralni dodaci (pucolanski materijali i kameno brano)

Prirodni pucolani (pucolanska, santorinska ili dijatomejska zemlja, opalska brea, vulkanski tuf, vulkanski pepeo, apatiti i dr.), zatim elektrofilterski (letei) pepeo, granulisana zgura, silikatna praina, kao vrste vetakh pucolana, ali isto tako i kameno brano, predstavljaju praktino veoma poeljne sastojke (konstituente ili ingredijente) SCC betona. U sutini, ovakve, vrlo fine estice (ispod 0,125 mm) poveavaju strukturnu vrstou i plastinu viskoznost h1, bez znaajnije promene vrednosti h2. Drugim reima, ovakvi materijali poveavaju otpornost SCC ka segregaciji, bez sniavanja sposobnosti teenja (rasprostiranja) meavine. 4.2.3 Vodocementni faktor

Sa sniavanjem vrednosti vodocementnog faktora poveavaju se i smiaua vrstoa meavina, ali isto tako i obe vrednoti plastinog viskoziteta -h1 i h2. To znai, da bi se postigao dovoljan nivo sposobnosti samozbijanja (samougradljivosti) neophodno je usvojiti takvu vrednost vodocementnog faktora kako bi se u datom sluaju spreilo znaajnije smanjenje sposobnosti rasprostiranja meavine. 4.2.4 Hemijski dodaci (aditivi)

Uticaj hemijskih dodataka (aditiva) na reoloka svojstva betona, uopte, pa samim tim i na reoloka svojstva betona tipa SCC, zavise od vrste aditiva. Retarderi, na primer, umanjuju i

9

strukturnu vrstou i plastinu viskoznost. Shodno tome, oni daju doprinos teenju (pokretljivosti) meavina, ali i smanjuju otpornost ka segregaciji.

Superplastifikatori, kao to je poznato, poveavaju ugradljivost meavina pri nepromenjenoj vrednosti vodocementnog faktora, te, prema tome, smanjuju i t0 i h. Hemijski dodaci velike sposobnosti redukcije vode-HRWRA, smanjujui potrebnu koliinu vode pri nepromenjenoj ugradljivosti, poveavaju (donekle) vrednosti t0 i h. Ovi efekti su vrlo slini napred navedenim efektima aditiva retardera i finoe mliva cementa [9].

Imajui u vidu da je za obezbeenje sposobnosti samozbijanja SCC betona vano postii dovoljno visoku strukturnu vrstou t0 i visoku vrednost h1, uz istovremeno smanjenje vrednosti h2, preporuuje se primena superplastifikatora ili hemijskih dodataka tipa HRWRA, bez prevelikog smanjenja vodocementnog faktora, kako bi se putem snienja vrednosti h2 poveala ugradljivost (pokretljivost), uz istovremenu primenu hemijskih dodataka modifikatora viskoziteta (VMA) radi poveanja otpornosti na segregaciju.

4.2.5 Hemijski dodaci za modifikaciju viskoziteta (VMA)

Hemijski dodaci za modifikaciju viskoziteta (Viskosity Modififying Admixtures-VMA) su

specijalni konstituent samozbijajuih-SCC betona, sposobni da menjaju njihov viskozitet, tj. njihovu plastinu viskoznost. Ovi aditivi se obino koriste za poboljanje pumpabilnosti mravih ili posnih betonskih meavina koje se ugrauju (transportuju) putem pumpi za beton. U mravim (posnim) betonskim meavinama mali sadraj cementa oteava pumpanje betona. Tekoa pumpanja se jo vie uveava dodavanjem vode ili superplastifikatora, kao posledica smanjenja viskoznosti cementne paste, to favorizuje segregaciju: pod dejstvom pritiska u cevi prilikom pumpanja, brzina kretanja niskoviskozne cementne paste je vea od brzine kretanja krupnog agregata, to dovodi do blokiranja betona u cevima i time do ometanja transporta meavina pumpanjem.

Hemijski dodaci za olakavanje pumpanja (poveanja pumpabilnosti) betona su uglavnom

celulozne, modifikovane supstance, ili polimeri visokih molekulskih masa. Nasuprot tome, hemijski dodaci za modifikaciju viskoziteta SCC meavina su polimeri na bazi celuloze, rastvorljivi u vodi, proizvodi na bazi glilola ili biopolimeri.

Modifikatori viskoziteta za samozbijajue betone (VMA) treba da zadovolje sledee uslove: - Da imaju visoku rastvorljivost u alkalnoj sredini cementne paste, - Da nemaju znaajniji uticaj na hidrataciju cementa, - Da poseduju sposobnost promene viskoziteta betona, u cilju postizanja visoke otpornosti

na segregaciju, bez smanjenja njegove deformabilnosti. Ove uslove garantuju VMA hemijski dodaci sposobni da poveaju vrednost parametra h1 i da smanje vrednost parametra h2,

- Da omogue unoenje (doziranje) u mealcu putem obinih (tradicionalnih) dozatora za tenosti, kojima raspolau pogoni za proizvodnju isporuenog betona (ready-mixed concrete) ili pogoni za prefabrikaciju,

- Da uticaj na cenu kotanja betona bude nii, u odnosu na potrebu za dobijanjem odgovarajuih poboanja reolokih svojstava SCC meavina.

Promena viskoznosti betona putem dodavanja VMA agenasa uglavnom je bazirana na dva

razliita mehanizma: - Adsorpcija na povrini vrlo finih prakastih estica (adsorptivni agensi za viskoznost), - Disperzija VMA agensa u vodu za meanje betona i konsekventno tome poveanje

viskoziteta tene faze u betonu (ne-adsorptivni agensi za viskoznost).

10

Adsorptivni agensi za modifikaciju viskoznosti formiraju veze izmeu estica praha, ostvarujui poveanu plastinu viskoznost, uz istovremeno smanjenje fluidnosti betona. Izgleda da se ovakav efekat moe pripisati nioj adsorptivnosti superplastifikatora na povrini zrnaca cementa, zahvaljujui preprekama koje predstavlja prisustvo adsorptivnih agenasa za viskoznost. Nasuprot tome, ne-adsorptivni agensi za modifikaciju viskoznosti, sposobni su da poveaju plastinu viskoznost meavine bez znaajnijeg smanjenja fluidnosti meavine. To se pripisuje injenici da poto je ovaj agens dispergovan u vodi, adsorpcija superplastifikatora se ne smanjuje i, adekvatno tome, deformabilnost meavine nije umanjena.

Biopolimeri predstavljaju hemijske dodatke za modifikaciju viskoznosti koji najvie

obeavaju u proizvodnji SCC betona. Ovi proizvodi dobijaju se od biljaka (guar2, i dr.), od algi ili kontrolisanom fermentacijom u prisustvu specifinih mikroorganizanama (bakterija). Izgleda da ovi proizvodi daju betonu pseudoplastino ponaanje, potrebno za svojstva samozbijanja. Ovakvi proizvodi ukljuuju: Xantan, Welan, Gellan, Succinoglycane, Scleroglycan, i.t.d. Meu njima, ini se da Welan-guma i Succinoglycane najbolje garantuju ova svojstva.

U poreenju sa obinim (tradicionalnim) hemijskimdodacima za pumpani beton, biopolimeri

su spodobni da obezbede iste (srazmerne) doprinose koheziji (smiuoj vrstoi) i plastinoj viskoznosti h1, i time isti doprinos otpornosti SCC meavine na segregaciju. tavie, biopolimeri (kao to je Welan-guma) obezbeuju plastinu viskoznost pri viim vrednostima smiuih naprezanja (h2) koja je 2 puta nia od one koja bi se postigla korienjem tradicionalnih hemijskih dodataka za pumpane betone, na bazi celuloze.

Pseudoplastino ponaanje pripisuje se posebnoj molekulskoj strukturi biopolimera, koja

omoguuje: - Pri niem nivou smiueg naprezanja, stvaranje trodimenzionalne gelske mree, kojom se

poveava plastina viskoznost betonske meavine, - Pri viem nivou smiueg naprezanja, usmerenje molekula u pravcu kretanja, bez bilo

kakve prepreke rasprostiranju betona. Dodavanje hemijskih dodataka tipa VMA betonskim meavinama zahteva poveanje potrebe

za vodom da bi se dostigla zahtevana pokretljivost (obradljivost). Ovaj, na prvi pogled negativan efekat, ima razne prednosti koje se sastoje u smanjenju zavisnosti reolokih svojstava od temperaturnih varijacija, promene finoe zrna cementa i peska. Drugim reima, to znai da hemijski dodatak VMA obezbeuje betonu zahtevani nivo samougradljivosti za jedan iri opseg vrednosti vodoprakastog faktora [9].

Konano, ini se jasnijim, da se napred objanjavana dva, meusobno oprena reoloka

zahteva, koji se postavljaju pred samozbijajue betonske meavine: (1) postizanje zadovoljavajue otpornosti SCC na segregaciju i (2) istovremeno dovoljne deformabilnosti (samopokretljivosti) meavine, mogu "pomiriti" na sledei nain:

- Primenom dovoljne koliine vrlo finih estica (ispod 125 mm), uz smanjeno uee

krupnog agregata; - Primenom efikasnih superplastifikatora nove generacije, kojima se poveava

"samopokretljivost" mase (pri nepromenljivoj vrednosti vodocementnog faktora); - Primenom hemijskih dodataka "visoke sposobnosti redukcije vode" (High Range Water-

Reducing Agents - HRWRA), ime se omoguava odreeno snienje koliine vode, tj. vodo-cementnog faktora, uz nepromenjenu ugradljivost (fluidnost, pokretljivost) meavine, a time i poveanju vrednosti strukturne vrstoe t0 i plastine viskoznosti h;

2) Jednogodinja mahunasta biljka poreklom iz Indie; gaji se u jugozapadnom delu SAD za stonu hranu

11

- Primenom hemijskih dodataka "modifikatora viskoziteta" (viscosity modifying agents-VMA), ime se obezbeuje istovremeno poveanje otpornosti na segregaciju samozbijajuih betonskih meavina i poveanje stepena fluidnosti ("samopokretljivosti").

Ovakve samozbijajue betone vrlo visokih nivoa fluidnosti ("samopokretljivosti"), kod kojih

se primenjuju hemijski dodaci tipa HRWRA i VMA, neki autori, odnosno neki proizvoai nove generacije hemijskih dodataka (npr. "Master Builders Technologies"- MBT ili "Mapei") danas jo zovu i "reodinamikim betonima" (Rheodynamic Concrete).

Na Slici 7, prema katalogu proizvoaa "Master Builders Technologies-MBT" dat je, prikaz

interakcije izmeu estica cementa i molekula superplastifikatora, uz objanjenje disperzionog i prostornog efekta hemijskih dodataka tipa superplastifikatora, odnosno HRWRA ovog proizvoaa, iz grupe hemijskih dodataka poznate pod imenom "Glenium"[10]. Molekuli "Glenium"-a, hemijskog dodatka na bazi modifikovanog "polycarboxilic ether"-a, privueni okvaenim esticama cementa, kao disperzione faze u okviru disperznog sistema cement-voda, obuhvataju ove estice ve tokom meanja betona. Na ovaj nain poveava se negativni elektrostatiki naboj povrine cementnih zrna, to izaziva njihovo snano meusobno odbijanje (A), a kao rezultat dobija se znaajno poveanje ugradljivosti betonskih smea, uprkos niskom sadraju vode. Ovi molekuli lananih oblika (B) doprinose stvaranju prostornog efekta, to dodatno pojaava sposobnost zrnaca cementa da ostaju na meusobnom odstojanju (C), doputajui u isto vreme izvanredan disperzioni efekat.

Slika 7 Prikaz mehanizma interakcije izmeu estica cementa i molekula superplastifikatora [9]

Redukcijom sadraja krupnog agregata i ogranienjem gornje granice krupnoe zrna agregata na najvie 20-25 mm, smanjuje se trenje i meusobno "sudaranje" (collision) njegovih zrna, zatim

12

efekat zida (oplate) i blokiranje zrna pri prolasku kroz armaturne sklopove (efekat reetke-armature ili "blocking effect"), to sve zajedno doprinosi veoj pokretljivosti svee betonske mase i omoguava lako ispunjavanje svih delova i svih uglova oplate, odnosno olakava prolaz meavine i kroz vrlo gust (prenatrpan) splet ipki armature (videti Sliku 8).

Prema navodima strunjaka drugog od napred navedenih velikih proizvoaa aditiva, firme "Mapei" iz Italije [11], posebna odlika aditiva tipa "Viskosity Modifying Agent"-VMA, upravo lei u tome da, poveavajui kohezivnost cementne paste, eliminie "blocking effect" u betonu u blizini ipki armature. Za vreme ugraivanja (unoenja u oplatu) samozbijajueg betona aditiv VMA moe da obezbedi potpuno obavijanje ("wraping") zrna krupnog agregata slojem maltera dovoljne debljine -"excess mortar" [11], to je jasno naznaeno u donjem delu priloene Slike 8.

Slika 8 Segregacija iblok iranje zrna kod obinih betona (normal concrete) - gore i visoka sposobnost prolaska i stabilnost malterske komponente, kod samozbijajuih betonskih meavina

(self compacting concrete) dole[11]

5. PROJEKTOVANJE SASTAVA SAMOZBIJAJUIH (SAMOUGRADLJIVIH) BETONSKIH MEAVINA

5.1 Opti principi

Samozbijajui beton (Self-Compacting Concrete-SCC), svakako mora da se svojim sastavom razlikuje od klasinog betona, koji se ugrauje vibrirnjem. Osnovne razlike sastoje se u sledeem:

- Vea koliina finih estica, sitnijih od 125 mm (cement, aktivni ili inertni mineralni dodaci i najfinija zrna agregata), - Manja koliina krupnog agregata, ije nominalno najvee zrno ne bi trebalo da bude krupnije od 20-25 mm,

13

- Obavezna primena aditiva superplastifikatora, odnosno aditiva "velike sposobnosti redukcije vode" (high range water-reducing agents-HRWRA), - Primena aditiva modifikatora viskoziteta sveeg betona (Viscosity Modifying Agents - VMA).

Napred pobrojane osnovne razlike u sastavu klasinog i samozbijajueg betona grafiki se mogu predstaviti kao na Slici 9.

Luigi Coppola u svom radu pod naslovom Reoloko proporcioniranje i svojstva

samozbijajuih betona [9] navodi, da sa reolokog aspekta, samozbijajui beton moe da se posmatra kao dvofazni sistem, u kome I faza pasta (voda, cement i estice ispod 0,150 mm) predstavlja transportnu fazu, dok II faza sitan i krupan agregat predstavlja transportovanu fazu. U jednom takvom dvofaznom sistemu, dakle, da bi se postigla odreena sposobnost samozbijanja (self compactibility), ili sposobnost samougradljivosti (selfplacebility), potrebno je poveati zapreminu vrlo finih estica i, konsekventno tome, smanjiti zapreminu krupnog agregata. Navedeni autor smatra kao praktino pravilo da kod samozbijajuih betona treba obezbediti zapreminu finih estica u rasponu od 170 195 l/m3. Betoni sa ovom koliinom vrlo finih estica, smatra Coppola, zahtevaju male koliine aditivamodifikatora viskoziteta (VMA)0,1% teine finih estica, dok u sluaju kada se primenjuje vea dozaa ove vrste aditiva, zapremina vrlo finih estica moe se smanjiti na 140-160 l/m3. Dovoljnu koliinu vrlo finih estica, meutim, ne treba obezbeivati samo primenom veih koliina cementa, kako bi se izbegli neizbeni rizici pojave veih dimenzionalnih promena i pojave pukotina, kao posledice veih temperaturnih gradijenata. Dakle, spravljanje samozbijajuih betona treba da bude bazirano na kombinovanoj primeni cementa i vrlo finog praha niske hidratacione toplote, kao to su elektrofilterski pepeo, krenjako kameno brano, samlevena granulisana zgura, metakaolin i sl. [10].

Smanjenje zapremine krupnog agregata, nastavlja dalje u navedenom radu Coppola,

neophodno je istovremeno radi smanjenja zapremine transportovane faze i radi smanjenja mogunosti sudaranja zrna agregata odgovornih za blokiranje rasprostiranja betona u tzv. restriktivnim zonama konstrukcijskih elemenata, posebno onih zona sa vrlo gustom armaturom. Iz tih razloga, ovaj autor smatra da zapremina krupnog agregata treba da iznosi najvie 340 l/m3.

Slika9 Shematski prikaz razlike sastava obinih

i samozbijajuih betonskih meavina [11]

14

Hajime Okamura, u prethodnom poglavlju ovog rada spomenut kao otac SCC-a, zajedno sa Masahiro Ouchi-jem, u svom radu pod naslovom Samozbijajui beton[12], u poglavlju Metod projektovanja meavina, kao Racionalni metod projektovanja, daju sledei predlog :

(1) Krupan agregat fiksirati na 50% u odnosu na zapreminu vrstih sastojaka (solid volume), (2) Sitan agregat fiksirati na 40% u odnosu na zapreminu malterske komponente (prakasta

komponenta + fini agregat-pesak + voda), (3) Vodoprakasti faktor (zapreminski odnos) uzeti u rasponu 0,9 do 1,0, u zavisnosti od

svojstava unetih prakastih estica, (4) Dozau superplastifikatora i konanu vrednost vodoprakastog faktora, usvojiti tako da

zadovolje sposobnost samozbijanja (self compactibility). 5.2 Primeri projektovanja meavina samozbijajueg betona

Kao prvi primer za ilustraciju projektovanja sastava samozbijajueg betona (SCC) usvojiemo napred navedeni koncept H. Okamura-e i M Ouchi-ja. Pretpostaviemo primer betona ija je projektovana marka, shodno Pravilniku BAB '87, MB 45 (prema Evropskom standardu EN206-1:2000 - klasa 35/45). Pretpostavimo da se beton spravlja od renog agregata krupnoe do 22,4 mm (gsa = gza = 2700 kg/m3), cementa klase 42,5 (gsc = 3000 kg/m3) i krenjakog kamenog brana (filera), kao inertne prakaste komponente (gsf=2800 kg/m3). Za usvojenu 28-dnevnu vrstou od 51 MPa, potreban vodocementni faktor prema poznatom izrazu Skramtajeva iznosi 0,40.

Usvojie se potrebna koliina vode od mv=160 kg/m3, to, uz primenu 1,5%

superplastifikatora tree generacije HRWRA, u odnosu na masu cementa (kojim se potrebna koliina vode smanjuje i do 25%) i 1% aditiva modifikatora viskoziteta (VMA), znai da se moe oekivati zadovoljenje potrebnog svojstva samozbijanja i stabilnosti u pogledu segregacje. Potrebna koliina cementa je mc=160/0,40=400 kg/m3. Pretpostavimo takoe da u betonu nakon zbijanja ima 3% zaostalog vazduha (vv=0,03 m3). Ostali elementi projektovanja meavine betona u tom sluaju su, kako sledi:

- Zapremina vrstih sastojaka: v = 1,00-(0,16+0,03)=1,00-0,19=0,81 m3 - Zapremina krupnog agregata (4/22,4 mm): va k= 0,500,81=0,405 m3 - Masa krupnog agregata: mak = 0,4052700 = 1093,5@1095 kg/m3 - Zapremina malterske komponente: vm =1,00(vak+vv)=1,00-(0,405+0,03)=0,565 m3 - Zapremina sitnog agregata: vas =0,400,565=0,226 m3 - Masa sitnog agregata: mas = 0,2262700 = 610,2 @610 kg/m3 - Ukupna masa agregata: ma =1095+610=1705 kg/m3 - Usvojen vodoprakasti faktor: vv/vp = 0,92 - Zapremina prakaste komponente: vp = 0,16/0,92=0,174 m3 - Zapremina cementa: vc = 400/3000 @ 0,133 m3 - Zapremina kamenog brana (filera): vf = 0,174 0,133 = 0,041 m3 - Masa kamenog brana (filera): mf = 0,0412800 = 114,8 @115 kg/m3 - Masa aditiva superplastifikatora: msp = 0,015400 = 6 kg/m3 - Masa aditiva modifikatora viskoziteta: mmv = 0,01400 = 4 kg/m3 - Zapreminska masa sveeg betona: gb,sv = 400+160+1705+115+6+4=2390 kg/m3.

Kao drugi primer odabran je neto detaljniji prikaz projektovanja meavine za SCC beton visoke vrstoe, ija su prethodna ispitivanja uraena u okviru jedne doktorske teze, ija je izrada u toku na Graevinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu [13]. Za izradu ovakvog betona visokih mehanikih karakteristika, kao osnovne komponente odabrane su jedna vrsta drobljenog agregata sa maksimalnim zrnom do 16 mm (gsa = 2700 kg/m3) i Portland cement CEM I 42,5 N, domaeg proizvoaa (gsc = 3000 kg/m3). Kao mineralna komponenta sa esticama veliine ispod 0,125 mm odabrano je krenjako kameno brano iz domaeg kamenoloma (gsf = 2700 kg/m3) i silikatna

15

praina - gotov proizvod pod imenom Sika Fume HR, vajcarskog proizvoaa Sika (gsc=2200 kg/m3). Usvojen je hemijsi dodatak superplastifikator ADWA Flow 390, amerikog proizvoaa GRACE (italijanski ogranak).

granulometrijske krive pojedinih frakcija

0102030405060708090

100

0.13 0.25 0.5 1 2 4 8 11.2 16 22.5

d ( mm )

Y ( %

)0 - 2 mm2 - 4 mm4 - 8 mm8 - 11 mm11 - 16 mmFE

Slika 10 Granulometrijske krive primenjenih frakcija agregata

0

20

40

60

80

100

00.

13

0.25 0.5 1 2 4 8

11.2 16

22.5

otvori sita d (mm)

prol

azno

st k

roz

sito

/ %

Slika 11 Granulometrijska kriva usvojene meavine agregata

Odreivanje potrebne koliine superplastifikatora Ispitivanje razlivanja maltera:

Tabela 1: I proba:

Filer mf =150gr (0,0555 cm3) Pesak 0 2 mm 550 gr - Pesak 2 4 mm 300 gr - Cement mc =482 gr ( 536 *0,9) vc = 0,1607 cm3 Silikatna praina msp = 53,6 gr (536 * 0,1 ) vsp = 0,0244 cm3 Hem. dodatak mhd = 5 gr (5 cm3) vhd =0,005 cm3 Voda mv = 195 gr (0,195 cm3) vv=0,195 cm3 Razlivanje d1 = 14,5 cm -

vp=0,2406 cm3; (vv+vad)/vp=0,200/0,2406=0,831 (d12-d02)/d02=1,102

Tabela 2: II proba:

16

Filer mf = 150gr vf = 0,0555 cm3) Pesak 0 2 mm 550 gr - Pesak 2 4 mm 300 gr - Cement mc = 482 gr ( 536 *0,9) vc = 0,1607 cm3 Silikatna praina msp = 53,6 gr (536 * 0,1 ) vsp = 0,0244 cm3 Hem. dodatak mhd = 5 gr vhd =0,005 cm3 Voda mv = 215 gr vv=0,215 cm3 Razlivanje d1 = 21cm -

vp=0,2406 cm3; (vv+vad)/vp=0,220/0,2406=0,914 (d12-d02)/d02=3,41

Tabela 3: III proba:

Filer mf = 150gr (0,0555 cm3) Pesak 0 2 mm 550 gr - Pesak 2 4 mm 300 gr - Cement mc = 482 gr ( 536 *0,9) vc = 0,1607 cm3 Silikatna praina msp = 53,6 gr (536 * 0,1) vsp = 0,0244 cm3 Hem. dodatak mhd = 5 gr (5 cm3) vhd =0,005 cm3 Voda mv = 220 gr (0,220 cm3) vv=0,225 cm3 Razlivanje d1 = 26,5cm -

vp=0,2406 cm3 ; (vv+vhd)/vp=0,225/0,2406=0,935 (d12-d02)/d02=6,02

Na osnovu ove tri probe sa malterskom komponentom, dobijene su tri take zavisnosti

izmeu relativnog rasprostiranja sleganjem (relative slump flow) (d12 d02 ) i vodoprakastog odnosa (water-powder ratio) - vv /vp , na osnovu koje se obino prilikom projektovanja meavina usvaja merodavna vrednost vodoprakastog odnosa. Ova zavisnost za konkretni primer prikazana je dijagramom na Slici 12 [13].

Reolikim ispitivanjima betonske meavine sa ovako dobijenim odnosom vv /vp, (metodom

sleganja rasprostiranjem i metodom Vlevka), meutim, nije zadovoljen uslov potrebnog rasprostiranja sleganjem, te je konano usvojena meavina kod koje je ovaj odnos 0,938. Potrebno je samo napomenuti da je u napred prikazanim probama na malterskoj komponenti, a zatim i na betonskoj meavini, u zapreminu vode ukljuivana i zapremina primenjenog hemijskog dodatka - superplastifikatora, tako da kao vodoprakasti odnos uvek figurie odnos (vv+vhd)/vp .

17

Slika 12 Zavisnost vodoprakastog faktora i relativnog rasprostiranja sleganjem

Tabela 4 Usvojena receptura svee betonske meavine:

Cement: mc=500 kg/m3; vc=0,1667 m3 Silikatna praina: msp=50 kg/m3; vsp=0,0227 m3 Voda: mv=219 kg/m3; vv=0,2190 m3 Hemijski dodatak-superplastifikator:

mhd=9 kg/m3; vhd=0,0090 m3

Kameno brano (filer): mf = 145 kg/m3 frakcija 0 2 mm m0-2=495,0 kg/m3 frakcija 2 4 mm m2-4=251,1 kg/m3 frakcija 4 8 mm m4-8 = 264,3 kg/m3 frakcija 8 11,2 mm m8-11 = 214,8 kg/m3

Agregat:

frakcija 11,216mm m11-16 = 280 kg/m3 vc=0,1667 m3; vsp=0,0227 m3; vf=0,0537 m3; vp= vc+ vsp+ vf =0,1667+0,0227+0,0537=0,2431 m3; vv=0,2190 m3; vhd=0,0090 m3 (vv+vad)/vp=0,228/0,2431=0,938

Na konkretnoj sveoj meavini izmereno je razastiranje obrnutog Abramsovog konusa od 67,5 sm. Merenje prolaska izmeu ipki armature na L - boksu pokazalo je dobru prolaznost ( H2/H1 = 0,96) ali u neto duem vremenskom intervalu . I merenje viskoznosti putem V- levka dalo je neto due vreme od 11 sekundi, to je posledica vee viskoznosti koju imaju meavine sa dodatkom silikatne praine. Prirataj vrstoe kroz vreme prikazan je dijagramom na Slici 13. Kao to se moe videti na Slici 13, vrstoa predmetnog samozbijajueg betona ve nakon 7 dana iznosila je cca 43 MPa, na 28 dana imala je vrednost od cca 84 MPa I na 90 dana cca 90 MPa.

18

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91

/

/

10% SiO2

Slika 13 Prikaz rasta vrstoe u funkciji starosti betona [13]

6. OSNOVNA ISPITIVANJA REOLOKO-TEHNOLOKIH SVOJSTAVA SAMOZBIJAJUIH BETONSKIH MEAVINA

Metoda sleganja (slump method), koja se najee koristi za ispitivanje konzistencije obinih

betonskih meavina, posebno na mestu ugraivanja betona, za samozbijajue betonske meavine, s obzirom na vrlo visoku fluidnost (pokretljivost), ne moe se primeniti. Mera sleganja Dh kod ovakvih meavina, razume se, uvek bi bila jednaka razlici izmeu poetne visine Abramsovog konusa (h=30 cm) i veliine maksimalnog zrna agregata, Dmax=8-25 mm (videti Sliku 9-levo). Zbog toga, za ispitivanje reolokih svojstava samozbijajuih betonskih meavina koriste se drugi postupci. Najee se pri tome koriste sledee metode:

- Metoda sleganja rasprostiranjem (slump-flow test), - Metoda V-levka (V-funnel test), - Metoda U-boksa ili U-boks test (U-shaped box test), - Metoda L-boksa ili L-boks test (L-shaped box test).

Osim gore navedena 4 postupka, kojima se najee proveravaju reoloko-tehnoloka svojstva, odnosno potrebno svojstvo samozbijanja ili samougradljivosti, u praksi se koriste jo neki postupci, o kojima u nastavku ovog teksta nee biti rei, kao to su:

- Metoda J prstena (J ring test), za laboratorijska ispitivanja, - Metoda popunjavanja boksa (Fill box), - Metoda GTM Test stabilnosti meavine (GTM screen stability test), - Metoda Orimet testa (Orimet test).

6.1 Metoda sleganja rasprostiranjem (slump-flow test)

Ova metoda koristi poznati Abramsov konus, koji predstavlja osnovni deo opreme metode sleganja ("slump method"), pri emu se, kako je to pokazano na Slici 14 i Slici 15, meri prenik rasprostiranja betona nakon odizanja konusa, kada beton prestane da tee: df = (d1+d2)/2, ali, prema

19

nekim autorima, takoe i vreme t500 , potrebno da beton tokom rasprostiranja dostigne prenik df =500 mm. U tu svrhu firma "Mapei" predlae i primenu posebnih tabli na kojima se ovaj test obavlja (Slika 15). Samo se po sebi razume da ove dve veliine, kao mere "pokretljivosti", odnosno "fluidnosti" betonske meavine, podrazumevaju da je "pokretljivost" ("fluidnost"), pa time i sposobnost samozbijanja meavine, utoliko vea, ukoliko je df vee, odnosno t500 manje.

Slika 14 Prikaz ispitivanja "pokretljivosti" ("fluidnosti") samozbijajuih

betonskih meavina metodom "slump flow test"-a [9]

Slika 15 Radna tabla za ispitivanje sleganja rasprostiranjem za lako oitavanje

prenika rasprostiranja i merenje vremena t500 [11]

Obino se kao kriterijum po kome neka meavina pripada kategoriji samozbijajuih meavina

usvajaju sledee vrednosti [10], [14]:

df 600 mm, t500 = 5-12 sec (2)

20

6.2 Metoda V-levka (V-funnel test) Ova metoda ispitivanja podrazumeva merenje vremena tVF , potrebnog da odreena zapremina

betona, ubaena u levak, ije dimenzije, obino (uz male razlike), odgovaraju dimenzijama na Slici 16 [9], "iscuri" ili "istee" iz levka nakon otvaranja dna levka (open gate). Prema nekim izvorima [14], [15], dimenzije V-levka donekle se razlikuju, pri emu je irina levka uvek konstantna po celoj visini i iznosi 75 mm, visina gornjeg dela levka je 425-450 mm, a duina gornjeg otvora 500-515 mm (uz zadovoljen nagib bonih stranica gornjeg dela levka 2:1). Visina suenog, donjeg dela levka uvek je 150 mm, a dimenzije donjeg otvora sa pokretnim dnom za izlaz betonske meavine, 65/75 ili 75/75. Vreme tVF , kao mera "pokretljivosti" ("fluidnosti") samozbijajuih betonskih meavina normalno treba da iznosi izmeu 2 i 12 sec [9], [11].

Slika 16 V-levak (V-Funnel test)

6.3 Metoda U-boksa ili U-boks test (U-shaped box test)

Veoma pouzdan, kompletan uvid u svojstva samozbijajuih betonskih meavina moe se dobiti ispitivanjem po metodi U-boksa, odnosno prema U-boks testu (Slika 16). Prema izvoru [9] koriste se i boksovi istih osnovnih dimenzija, sa horizontalnim, umesto polukrunim dnom. Druga unutranja dimenzija boksa prikazanog na Slici 16 (upravna na ravan crtea) iznosi 200 mm. Kao to se sa prikazanog crtea (levo) moe videti, boks je vertikalnom pregradom podeljen na dva

Slika 16 Osnovne dimenzije U-boksa [2]

21

Slika 17 Fotografija U-boksa firme "Mapei" [11]

dela, pri emu pregrada u svom donjem delu, visine 190 mm, sadri "prepreku" formiranu od 3 vertikalne okrugle ipke armature prenika 13 mm (ili, kao varijantu, 5 ipki prenika 10 mm), u zavisnosti od toga da li je u konstrukciji koja se izvodi minimalni razmak ipki armature e 50 mm, ili 50 e 150 mm, respektivno [9]. Ova prepreka sadri pokretna vratanca (center gate), koja su na poetku testa, pri punjenju levog dela boksa betonom do vrha (680 mm), zatvorena. Po odizanju ovih vratanaca na gore (videti Sliku 16), beton prolazei kroz navedenu prepreku ispunjava do odreene visine ("height") drugu, desnu polovinu boksa.

Mera sposobnosti "samozbijanja" (self-compactibility) meavine ogleda se u visini penjanja betona ("height") nakon podizanja vratanaca, kao i u vremenu tF , potrebnom da se beton popne do ove visine. Generalno se smatra, [9], [11], da ova visina kod samozbijajuih meavina treba da bude najmanje 300 mm (340 mm odgovaralo bi izjednaenim nivoima, po principu spojenih sudova), a da vreme tF treba da iznosi 5-10 sec. Sam test, kao i navedeni uslovi, smatraju se kao "vrlo striktni" kriterijumi sposobnosti samozbijanja betonskih meavina [11].

6.4 Metoda L-boksa ili L-boks test (L-shaped box test)

Na Slici 18 prikazane su osnovne dimenzije dva tipa L-boksa, od kojih jedan (na slici levo) sadri prepreke u vidu horizontalnih ipki (ukupno 5 prepreka: 5x4f20 mm), a drugi, na slici desno, jednu prepreku od vertikalnih ipki: 3 f12 mm. Ispitivanje se u oba sluaja sastoji u merenju rastojanja dF izmeu pregradnih vratanaca ("partition gate") i take na horizontalnom delu boksa, na kojoj se betonska meavina zaustavi nakon otvaranja vratanaca, zajedno sa vremenom tF, potrebnom da betonska meavina stigne u ovu krajnju taku, nakon otvaranja vratanaca. Ovakav test daje jo kompletniju ukupnu indikaciju o sposobnosti samozbijanja meavine nego u sluaju U-boksa, budui da su veliine dF i tF u striktnoj korelaciji sa deformabilnou, viskozitetom i sposobnou teenja ("flowing ability") betonske meavine. Ispitivanje se esto dopunjuje jo i merenjem visina H1 i H2 (videti sliku desno) i sraunavanjem odnosa H2 /H1 , koji daje vrlo dobar uvid u efekat blokiranja kretanja betonske meavine od strane prepreka, odnosno u sposobnost prolaska ("passing ability") meavine kroz uzane prostore izmeu ipki armature (blocking ratio).

22

Slika 18. L-boks sa preprekom od horizontalnih (gore), odnosno vertikalnih (dole) ipki armature [9]

6.5 Specijalni postupci za kontinualnu kontrolu fluidnosti meavina na gradilitu neposredno pre unoenja u oplatu

Osim napred navedenih konvencionalnih postupaka ispitivanja reolokih svojstava samozbijajuih betonskih meavina, ova svojstva se mogu meriti i na gradilitu, pomou specijalnih ureaja prikazanih u okviru Slike 18 i Slike 19.

Okamura [9] predlae dae sav beton koji se dopremi na gradilite automealicom, prlikom istovara iz auto mealice propusti kroz ureaj koji je ematski prikazan na Slici 18, postavljen neposredno ispred levka pumpe za beton. Beton koji ne proe kroz ovakav ureaj ili iji je protok kroz ureaj znaajno usporen, vraa se, jer ne moe biti transportovati pumpom, odnosno ne moe se smatrati samozbijajuim betonom.

Slian ureaj dat je u katalozima, odnosno u prospektnoj dokumentaciji firme Mapei [11], kojim se proverava sposobnost samozbijanja (samougradljivosti) pre nego to se beton iz utomealice izrui u pretovarni bunker ili u prenosnu korpu za transport kranom do mesta unoenja u oplatu.

23

Slika 18 Specijalni ureaj za kontinuiranu kontrolu fluidnosti meavina SCC na gradilitu [5]

Slika 19 Specijalni ureaj za kontrolu fluidnosti (samougradljivosti) SCC meavina na gradilitu [11]

Svaka od napred navedenih metoda za ispitivanje reolokih, odnosno tehnolokih svojstava

meavina samozbijajuih betona, razume se, ne moe svojim rezultatom podjednako dobro, sa podjednako visokom sigurnou, da opie svako od reoloko-tehnolokih svojstava ovakvih meavina. U Tabeli 1 dat je pregled opisanih konvencionalnih postupaka, sa naznakom o tome koje od reoloko-tehnolokih svojstava svaka pojedina metoda najbolje opisuje .

24

Tabela 5 Pregled efikasnosti postupaka ispitivanja reoloko-tehnolokih svojstava[9], [11]

Postupak (metoda) ispitivanja Odgovarajue reoloko-tehnoloko svojstvo Sleganje rasprostiranjem (Slump-flow test)

Kohezivnost meavine, plastini viskozitet meavine

V- levak (V-funnel) Plastini viskozitet meavine U-boks (U-shaped box test)

Kohezivnost, plastini viskozitet, sposobnost prolaska kroz uzane prostore, otpornost na segregaciju teenja

L-boks (L-shaped box test)

Kohezivnost, plastini viskozitet, sposobnost prolaska kroz uzane prostore, otpornost na segregaciju teenja

8. PRIMERI PRIMENE SAMOZBIJAJUEG BETONA

Budui da je prvi put proizveden u Japanu, samougradljiv beton je u poetku primenjivan na velikim i znaajnim projektima u ovoj zemlji. Jedan od prvih takvih projekata bio je uveni Akashi-Kaikyo Bridge - visei most sa centralnim rasponom od 1991 m (najvei raspon na svetu) i ukupnom duinom od 3911 m, na kome je ovaj beton u toku 1993. i 1994. godine korien za izradu 2 (od 4) ankerna bloka sa vrlo gustom armaturom, dimenzija 84,5x63x47,5 m (cca 253000 m3 betona - Slika 20 i Slika 21).

Beton je u cilju smanjenja toplote hidratacije spravljan sa metalurkim cementom i sa maksimalnim zrnom agregata od 40 mm (koliina cementa: 260 kg/m3). Primena ovog betona omoguila je dnevnu ugradnju (pumpanjem) od 1900 m3 betona i skraenje vremena izgradnje ankernih blokova sa 30 meseci na 24 meseca (20 %). Most je puten u saobraaj 1998. godine [2].

Slika 20 Most Akashi-Kaikio u Japanu-izgled gotovog mosta

25

Slika 21 U prvom planu - 2 ankerna bloka mosta Akashi-Kaikio u Japanu

Drugi veliki projekat, takoe u Japanu, bio je izgradnja rezervoara kapaciteta 180000 m3 za

"Luquid Natural Gas" (LNG) kompaniju (Slika 22), gde je, zahvaljujui primeni samougradljivog betona vrstoe 60 MPa, debljina zidova sa prvobitno projektovanih 90 cm smanjena na 60 cm, a vreme izgradnje sa 22 meseci smanjeno na 18 meseci, a planiranii broj od 150 radnika smanjen je na samo 50 radnika [2].

Slika 22. Jedan od izgraenih rezervoara za "Luquid Natural Gas" (LNG) kompaniju u Japanu

26

Samougradljiv beton, zbog svoje izraene fluidnosti, veoma je povoljan i u sluajevima podbetoniravanja, to je, primera radi, u Holandiji iskorieno kod betoniranja dveju poprenih greda ispod glavnih nosaa jednog postojeeg mosta (Slika 23), da bi se izradili dodatni oslonci. Ovde je, oigledno, bilo vrlo teko primeniti klasian, vibrirani beton, pa je na nain koji je jasan sa priloene slike, betoniranje dodatnih poprenih greda izvreno punjenjem oplate sa oba kraja greda [15] .

Slika 23. Betoniranje jedne od dve dodatne poprene grede na jednom mostu u Holandij i[15]

U toku 1996. godine, takoe u Holandiji, samougradljiv beton primenjen je kod jednog vrlo vanog detalja na mostu sa kosim zategama u Zaltbommel-u, prikazanom na Slici 24. Srednji raspon mosta je 256 m, dok krajni rasponi iznose po 76 m. Kako su krajnji rasponi manji od polovine glavnog raspona (128 m), za obezbeenje ravnotee bilo je neophodno primeniti specijalno ankerisanje kablova u krajnje stubove (videti detalj a na Slici 25). U tu svrhu krajevi glavnih podunih nosaa mosta su poveani (trougaona povrina na prikazanom detalju a). Da bi se obezbedila potrebna dodatna teina i omoguilo ankerisanje kosih kablova, u prikazanom proirenju, osim vrlo guste rebraste "meke" armature prikazane na slici, smeteno je jo (videti detalj na Slici 25): 6 glavnih, kosih kablova, 4 vertikalna kabla, 20 kablova za prednaprezanje krajnje poprene grede i 2 kabla za prednaprezanje dodatne, prefabrikovane grede [15].

Slika 24 Dispozicija Zaltbommel mosta u Holandiji

27

Slika 25 Detalj (a) Zaltbommel mosta u Holandiji

Posebne prednosti primene samougradljivog betona u odnosu na konvencionalni beton

svakako nalaze mesta u industrijkoj izradi-prefabrikaciji betonskih elemenata [1], gde je vibriranje betona ne samo jedna od najznaajnijih i najskupljih stavki, ve predstavlja i vrlo ozbiljan ekoloki problem, odnosno problem zatite radnika. Efekat vibracija na radnike u pogonima za prefabrikaciju dobro je poznat. Hiperstimulacija perifernog nervnog sistema dovodi do tzv. "sindroma mrtvih prstiju", gubitka svakog oseaja u prstima, ali u odreenim sluajevima i do drugih, psihikih poremeaja, kao to insomnija i gubitak mnemotehniih sposobnosti.

Pogon za prefabrikaciju betonskih elemenata kompanije "Al Meraikhi" u Abu Dhabi-ju

(Ujedinjeni Arapski Emirati) ve jedan dui period primenjuje samougradljiv beton za izradu raznih elemenata: mostovskih nosaa (Slika 26), velikih zidnih elemenata, cevi i dr. [16].

Slika26 Model prefabrikovanog mostovskog nosaa [13]

28

Poslednji primer koji se ovde navodi odnosi se na betoniranje dva niza od po 6 stubova kruno-prstenastog, odnosno eliptino-prstenastog poprenog preseka, visokih 6 m i 10 m, koji nose krov atrijuma "Shoping centre Midsummer Place" - a, izvedenog 2001. godine u Londonu - projekta vrednog 65 miliona funti [17]. Autor navodi da su stubovi bili tako gusto armirani (rebrastom armaturom) da je "primena konvencionalne tehnike betoniranja bila nepraktina". Betoniranje veih, eliptinih stubova, kod kojih je zapremina betona iznosila cca 16 m3, trajalo je cca 30 min po jednom stubu. vrstoa betona nakon 24 h iznosila je 50 N/mm2, a nakon 28 dana 70 N/mm2.

Vredno je ovde dodati i to da da je, prema reima navedenog autora lanka [17], "Shoping

centre Midsummer Place" bila prva primena ovakve vrste betona u Velikoj Britaniji. Osim skraenja vremena betoniranja za cca 40%, dobijena je i uteda u ceni radova od 10%, zahvaljujui pre svega "takvom kvalitetu povrine stubova, koja je trokove njihove zavrne obrade svela na minimum" (Slika 27).

Slika 27 Jedan od stubova Shoping centra"Midsummer Place"[14]

Umesto Zakljuka, neka bude doputeno autoru ovog rada, ija je elja da domaoj

graevinskoj javnosti koliko-toliko priblii problematiku samozbijajuih betona, koji su danas pravi hit ugraevinarstvu, da u neto slobodnijem prevodu citira par reenica iz rada navedenog u popisu literature pod brojem 18:

Na horizontu se pojavilo neto to e verovatno imati dramatian uticaj na nain

prefabrikacije betonskih konstrukcija. U sutini, industrija prefabrikovanih elemenata i konstrukcija, odnosno industrija u oblasti proizvodnje vibro-opreme, fokusiraju svoju panju na ovu inovaciju koja se zove samozbijajui beton (SCC), ili samougradljivi beton (SPC) ili samokonsolidovan beton.

ini se prosto neverovatnim da beton sam moe da uradi deo posla za vas. Ali, to je zaista tako. SCC izliven u oplatu moe u njoj da tee, zaobilazi i najgue spletove armature, dostie do svih tesnih delova oplate, a sve to bez ikakvih uloenih standardnih napora za njegovo zbijanje.

29

Danas je mogue izvesti vrlo kvalitetne betonske elemente bez upotrebe vibratora, koji je tako dugo bio neprikosnoven."

7. LITERATURA

1. Dean, A., Frank, P.E.: "Self-Compacting Concrete" - SCC places itself in a class of its own", N.P.C.A., 2001.

2. Ouchi M.: "Self-Compacting Concrete - Development, Aplication and Investigation", Kochi University of Technology, Japan, 1998.

3. Soroka, I.: "Chemical Deterioration of the Concrete" / Paper submitted to the 5th Meeting of RILEM TC 94-CHC, Copenhagen, 1991.

4. Simm, J. D. & Fookes, P. G.: Improving Reinforced Concrete Durability in the Middle East During the Period 1960-1985. Asnalytical Review, Proc. Inst. Civ. Engrs, Part 1, London 1977.

5. Okamura, H.: "Presentation as a Ferguson Lecture"/ACI Fall Convention, New Orleans, 1996, Concrete International, Julz, 1997.

6. Todorovi, J.: Samozbijajui beton Seminarski rad na Graevinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu, Novembar, 2004.

7. EFNARC - Specification and Guidelines for Self Compacting Concrete, EFNARC, Association House, 99 West Street, Farnham, Surrey GU9 7EN, UK.

8. Kordts, S., und Breit, W.: Beurteilung der Frischbetoneigenschaften von Selbstverdichtendemn Beton Assessment of the fresh concrete properties of self compacting concrete.

9. Copola, L.: "Rheology Proportioning and Properties of Self-Compacting Concretes, Enco, Engineering Concrete, Spresiano (TV), Italy.

10. Katalog firme MASTER BUILDERS TECHNOLOGY: "GLENIUM - The New Genaration Superplasticizer for High Performance Concrete".

11. Katalog firme MAPEI: "Self-Compacting Concrete". 12. Okamura, H. And Ouchi, M.: "Self- Compacting Concrete", Kochi University of Technology, Japan,

Journal of Advanced Concrete Technology Vol. 1, No. 1, 5-15, April 2003. 13. Baji, R.: "Visokovredni samozbijajui beton u elementima sa izraenim glavnim naponima

zatezanja", Doktorska disertacija ija je izrada u toku na Graevinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu.

14. Atsushi, M., Kyuchi, M., Takehiko, M., Noboru, S.: "Characterization of Powder for Self-Compacting Concrete", International Workshop on Self-Compacting Concrete, 1998.

15. Waltraven, J,C.: "The development of Self-Compacting Concrete in the Nederlands"/ International Workshop on Self Compacting Concrete, 1998. Bartos, P.J.M.: "Measurment of Key Properties of Fresh Self-Compacting Concrete, Paris, 2000.

16. Al Meraikhi, Abu Dhabi (UAE): "Abu Dhabi Trip Contract No. 980 - Umm Al Nar Bridge & Tunel Interchange.

17. Nocher, M.: "Flowing Smootly and Quietly"/Concrete Quaterly-Spring 2001. 18. Maeyama, A.: "Characterization of Powder for Self Compacting Concrete" / International Workshop

on Self Compacting Concrete, 1998. 19. Ferrais, Ch., Brower, L., Ozyldirim, C., Daczko, M.: "Workability of Self Compacting Concrete" / FIB

International Symposium on High Performance Concrete, 2000. 20. Dehn, F., Holschemacher, K., Weise, D.: " Self Compacting Concrete (SCC) Time Development of

the Material Properties and the Bond Behaviour" / Lacer No. 5, Leipzig, 2000. 21. Victor, C. Li, Kong, H.J., Yin-Wen Chan: "Development of Self Compacting Cementitious

Composites".

30

usvojena granulometrijska krivaY = 0.088x( fi) + 0.30x(0-2) + 0.152x(2-4) + 0.16x(4-

8) + 0.13x(8-11.2) +0.17(11.2-16)

0

100

otvori sita d (mm)pr

olaz

nost

kr

oz s

ito /

%

STVARNAGRANULOMETRI-

10

10

11

12

15

17

20

23

28

33

42

50

60

71

83

100

100

100

00 0 0 1 2 4 811 2