Samozbijajući beton (Self Compacting Concrete SCC)
Samozbijajući beton se definiše kao onaj beton koji se bez ikakve potrebe za posebnim sredstvima za ugrađivanje (vibriranje) ugrađuje sam, pod uticajem gravitacije, prolazi između šipki armature, ma koliko gusto one bile postavljene, obavija ih i popunjava oplatu u potpunosti, uz postizanje visoke kompaktnosti i zahtevane čvrstoće (marke betona).
Potreba za samozbijajućim betonom: UMEŠNOST RADNIKA SAMOZBIJAJUĆIBETON SMANJENJE BUDUĆNOST TRAJNOST BETONSKIH KONSTRUKCIJA
Komponente: cement kameno brašno (filer) čestice sitnije od 0,125 mm sitan agregat (0/4) pesak krupan agregat (4/16, eventualno 4/22.5) voda hemijski dodatak sa dvojakom funkcijom (hiperplastifikator i modifikator viskoziteta) hemijski aktivni mineralni dodatak (pucolan, zgura, el. pepeo, silikatna prašina) vlakna mikroarmatura
Poređenje sastava običnog i samozbijajućeg betona: VAZDUH VODA VAZDUH cca2% VODA 1520% CEMENT FINE ČESTICE PESAK PESAK 3035% KRUPAN AGREGAT KRUPAN AGREGAT 3035%
Prema važećim preporukama za projektovanje samougrađujućih betona, po japanskom istraživaču Okamuri, postupak treba sprovoditi u nekoliko koraka: 1. Korak Definisanje sadržaja vazduha (najčešće 2%) Najpre je potrebno odrediti količinu (zapreminu) vazduha uvučenog u svež beton. Ovaj podatak je unapred, najčešće, moguće nešto preciznije oceniti samo na osnovu iskustva. Međutim, uopšteno govoreći, količina vazduha u dobro ugrađenom (kompaktiranom) svežem betonu se kreće u relativno uskim granicama od 1% do 3%, a preporučeno je da se na početku projektovanja usvoji najviše 2%. Ponekad je dozvoljeno povećanje ovog procenta iznad granice od 2%, i to u slučaju da se zahteva povišena otpornost na mraz.
2. Korak Određivanje zapremine krupnog agregata (d > 4 mm) Količina krupnog agregata u betonu povećava se sa smanjenjem nominalno najkrupnijeg zrna u agregatu. Takođe, zavisi i od vrste upotrebljenog agregata. Ako se koristi rečni agregat, može da se usvoji veća zapremina krupnog agregata u mešavini nego u slučaju da se koristi drobljeni agregat. Generalno, sadržaj krupnog agregata u samougrađujućim betonima varira između 50% i 60% u odnosu na ukupnu zapreminu čvrste faze svežeg betona. Najčešće se usvaja vrednost od 50%.
3. Korak Određivanje zapremine sitnog agregata (peska) Pesak se ovde definiše kao agregat krupnoće između 0.125 mm i 4 mm. Sve čestice krupnoće ispod 0.125 mm smatraju se praškastim česticama koje ulaze u sastav praškaste faze betonske mešavine. Zato je od veoma velikog značaja određivanje količine sitnih čestica u svim frakcijama koje se koriste. Sadržaj sitnih čestica određuje se metodom mokrog prosejavanja. Količina peska mora biti u granicama od 40% do 50% od zapremine maltera u samozbijajućem betonu, i može da varira između ove dve vrednosti zavisno od dobijenih i željenih svojstava paste i maltera. Malter se sastoji od peska, vode, cementa i filera. Pasta je mešavina vode, cementa i filera. U cilju lakšeg doziranja, a na osnovu rezultata mokrog prosejavanja, može se odlučiti da se sitne čestice u prvoj frakciji ne odvajaju od peska, odnosno da se dozira cela prva frakcija (0/4 mm).
4. Korak Određivanje sastava paste Potrebno je sastaviti nekoliko probnih mešavina paste (vode, cementa i praškastih čestica), tako što se usvoji odnos dve komponente, i varira treća. Najčešće se varira količina vode za prethodno usvojen odnos cementa i filera. Konzistencija svake od ovih mešavina ocenjuje se na osnovu testa sa zarubljenim konusom. Za svaku mešavinu utvrđuje se uređeni par podataka (vodopraškasti faktor ; relativno razlivanje paste nakon izdizanja zarubljenog konusa). Test je prikazan na slici na sledećoj strani, a grafička predstava na slici 1. 1.1 Slika 1. Određivanje vodopraškastog faktora Vw / Vp 1.05 1 0.95 0 5 10 15 20 Rasprostiranje (cm)
5. Korak Određivanje optimalnog zapreminskog odnosa vode i praškastog materijala i doziranje superplastifikatora u malteru U petom koraku se, sa unapred definisanim odnosima praškastih komponenata i peska, u uskim granicama, najčešće varira količina vode. Finim podešavanjem potrebne količine hemijskog dodatka vrši se korekcija konzistencije i viskoziteta. Superplastifikator vrši redukciju vode pri željenoj konzistenciji, odnosno poboljšava konzistenciju pri istoj količini vode, ali omogućava i da viskozitet mešavine bude dovoljno visok, da ne dođe do segregacije. Potrebno je da razlivanje maltera u testu sa zarubljenim konusom (slika na sledećoj strani) bude od 24 do 26 cm. Alternativno ili u kombinaciji sa razlivanjem, koristi se i metoda malog Vlevka, za maltere.
Ukoliko su dobijeni parametri u željenim granicama, pretpostavlja se da će betonska mešavina imati potrebna svojstva samougradljivosti, ili da će se do tih svojstava doći vrlo malom varijacijom već utvrđenih odnosa komponenata, u poslednjem koraku, kada se u mešavini nađe i krupni agregat.
6. Korak Spravljanje probne betonske mešavine Sa usvojenim količinama šljunka i peska, krečnjačkog brašna i cementa, kao i vode i superplastifikatora, proverava se konzistencija sveže betonske mešavine, metodama sleganja razlivanjem, Vlevka, Lboksa i Uboksa. Očekivana su odstupanja koja se mogu korigovati malim varijacijama u količini sastojaka.
Metode za ispitivanje samozbijajućih betona u svežem stanju:
Metoda razlivanja sleganjem Ova metoda koristi Abramsov konus (slika na sledećem slajdu) kao osnovni deo opreme za jednostavno ispitivanje razlivanja svežeg betona. Osim konusa, potrebna je i dovoljno velika podloga po kojoj će se beton razlivati. Konus se napuni do vrha svežim betonom i izdiže, baš kao i u metodi sleganja. Usled sopstvene težine beton se sleže i razliva po podlozi. Podaci za ocenu konzistencije ovog betona su srednja vrednost prečnika d=(d 1 d 2 )/2 razlivene betonske mase (nakon što je ona dostigla konstantnu vrednost), i vreme t 50 potrebno da beton tokom rasprostiranja dostigne prečnik od 50 cm. Sposobnost samozbijanja betona je utoliko veća ukoliko je d veće a vreme t 50 manje. Nakon razlivanja je moguće utvrditi meru segregacije betona vizuelnim pregledom.
Preporučene granice za d i t 50 su sledeće: 65 cm d 80 cm 2 sec t 50 5 sec Slika Abramsov konus i podloga za određivanje konzistencije samougrađujućeg betona metodom rasprostiranja
Metoda Jprstena (Jring test) Ova metoda koristi se da bi se procenila mogućnost prolaska između šipki armature. Oprema se sastoji od čeličnog prstena pravougaonog poprečnog preseka (30mm x 25mm) sa vertikalnim rupama sa navojem, kroz koje se postavljaju šipke armature različitog prečnika i osovinskog rastojanja. Dimenzije su date na slici. Nakon testa se meri razlika visine betona koji je ostao u prstenu i betona koji je prošao između šipki armature.
Metoda Vlevka Za ovu metodu je neophodan levak (slika na sledećoj strani) odgovarajućih dimenzija, koji se koristi za ocenu viskoznosti svežeg samozbijajućeg betona. Širina levka je konstantna po celoj visini i iznosi 7.5 cm. Visina gornjeg, trapezastog dela levka je 450 cm, a dužina stranica 50 cm (gornja) i 7.5 cm (donja). Visina donjeg, pravougaonog dela levka je 15 cm, a dužina stranica 7.5 cm. Sa donje strane levka nalaze se vrata koja se otvaraju i zatvaraju. Levak treba napuniti do vrha betonom, dok su vrata zatvorena. Onda vrata treba otvoriti, čime se beton pušta da slobodno ističe iz Vlevka. Podatak koji u ovoj metodi daje meru viskoznosti mešavine je vreme t VF potrebno da beton u potpunosti iscuri iz levka. Što je to vreme kraće, to je beton veće fluidnosti. Vreme t VF koje smatramo optimalnim u ovom ogledu kreće se u sledećim granicama: 8 sec t VF 12 sec
Slika Vlevak za ocenu viskoznosti svežeg samozbijajućeg betona
Metoda U boksa Za ovaj ogled potrebno je imati odgovarajuću kutiju, odnosno boks (slika na sledećem slajdu), podeljenu vertikalnom pregradom na dva dela, pri čemu ova pregrada na svom donjem delu visine 190 cm ima rešetku sastavljenu od tri vertikalne šipke armature prečnika 13 mm, ili pet šipki prečnika 10 mm. Ova pregrada ima i pokretna vratanca koja su zatvorena prilikom punjenja levog dela boksa betonom do vrha (680 mm). Pri odizanju pregrade, po principu spojenih sudova beton ispunjava desni deo boksa, do određene visine.
Slika Uboks test
Ocena samougradljivosti vrši se na osnovu visine H 1 u prvom, i visine H 2 do koje se beton popeo u drugom delu, nakon podizanja vratanaca. Za one betone za koje je razlika ove dve visine manja, beton je boljih karakteristika, odnosno veća je sposobnost betona da prolazi kroz razmak između šipki armature u konstrukciji, kao i mogućnost popunjavanja prostora između i oko šipki. Potrebno je da ova razlika visina bude u određenim granicama: 0 mm H 1 H 2 30 mm
Metoda L boksa U metodi Lboksa koristi se kutija (slika) u obliku latiničnog slova L, sa dužom stranicom postavljenom horizontalno na podlogu. Na spoju dva dela nalaze se vratanca i armaturna rešetka sa tri šipke rebraste armature Ø12. Vratanca se postave u zatvoreni položaj, pa se vertikalni deo ispuni betonom. Nakon toga se vratanca otvaraju, a beton se pušta da prođe kroz rešetku i ispuni horizontalni deo. Ova metoda daje veći broj pokazatelja samougradljivosti betona. Najpre je tu par podataka d f i t f, gde je df rastojanje vratanaca od tačke na horizontalnom delu Lboksa u kojoj se beton zaustavio, a t f vreme potrebno da stigne do te tačke. Mere se i visina H 1, na mestu vratanaca, kao i visina H 2, do koje se beton popeo na drugom kraju horizontalnog dela Lboksa.
Mera samougradljivosti je odnos H 2 /H 1 ove dve veličine. Bolja svojstva (prolaska kroz armaturni koš i popunjavanja oplate) imaju oni betoni koji za što kraće vreme u što većoj meri prekriju dno horizontalnog dela Lboksa i dostignu visinu H 2, koja je što bliža vrednosti H 1. Vizuelnim pregledom je moguće utvrditi meru segregacije betona. Odnos dve visine treba da je u relativno uskim granicama: 0.8 H 2 /H 1 1.0 Slika Lboks test
Fil box test Ova metoda je poznata i kao Kajima metoda. Koristi se da bi se ocenila sposobnost punjenja kutije betonom sa agregatom krupnoće do 20mm. Osnovni sastavni deo aparature je kutija izrađena od providnog materijala, sa ravnom i glatkom površinom koja ne upija. U kutiji je postavljeno 35 prepreka horizontalne plastične (PVC) šipke prečnika 20mm na osnom rastojanju od po 50mm. Kutija se kroz levak puni betonom, a na osnovu razlike u visini na njenom početku i na kraju može se dati ocena sposobnosti betona da puni oplatu. Ova metoda daje veoma dobre rezultate, i čak kada beton ima veliku sposobnost razlivanja on se može pokazati lošim prilikom izvođenja ove metode. Mana je u glomaznoj aparaturi i velikoj težini betona, pa se na licu mesta po pravilu ne koristi.
Prosečna mogućnost punjenja:
GTM stabilnost filma Ovu metodu razvio je francuski preduzimač, firma GTM, kako bi se procenio otpor segregaciji (stabilnost). Potrebno je uzeti 10 litara svežeg betona. On se ostavlja 15 minuta da odstoji kako bi se omogućila unutrašnja segregacija u betonu, ako ona postoji. Zatim se polovina te količine sipa na sito prečnika 5mm koje se nalazi iznad tacne na vagi. Nakon dva minuta meri se masa maltera na tacni koji se dobio ovim prosejavanjem i određuje odnos te mase i ukupne mase koja je sipana na sito. Iako daje dobru ocenu segregacije ispitivanog betona, ova metoda nije pogodna za primenu na licu mesta, pre svega zbog ukupne dužine trajanja, kao i zbog potrebe za preciznim merenjem mase, koje je pod znakom pitanja u takvim uslovima.
Orimet metoda Ova metoda je razvijena da bi se ocenile karakteristike betona velike obradljivosti i veoma tekićih konzistencija, na licu mesta. Oprema je prikazana na slici. Sastoji se od krute cevi od ravnog i glatkog materijala koji ne upija. Na dno cevi se postavi obrnuti konus prečnika 80mm koji može da se menja. Ovaj prečnik odgovara najkrupnijem zrnu agregata od 20mm, mada se mogu koristiti konusi prečnika od 70mm do 90mm. Po tim konusima ova metoda je i dobila ime, obzirom da oni predstavljaju grlo orifice. Sa donje strane konusa su vrata koja zatvaraju grlo. Sam postupak ispitivanja sličan je metodi Vlevka. Cev se napuni betonom, bez nabijanja i potresanja, površina poravna i sačeka se 10s. Nakon toga se istovremeno otvaraju vrata i startuje štoperica, beton se pušta da isteče kroz konus uz istovremeno merenje vremena potrebnog za taj proces. Optimalno je da to vreme bude manje od 10s.
Orimet metoda aparatura i postupak
Moguće korektivne mere na osnovu dobijenih rezultata Moguća mera Efekat na: mogućnost otpor kapacitet punjenja prolaska segregaciji čvrstoća skupljanje tečenje a previsok viskozitet a1 povećati sadržaj vode a2 povećati sadržaj paste a3 povećati sadržaj superplasifikatora 0 0 b prenizak viskozitet b1 smanjiti sadržaj vode b2 smanjiti sadržaj paste b3 smanjiti sadržaj superplasifikatora 0 0 b4 povećati agens za viskozitet 0 0 0 b5 koristiti finiji filer 0 b6 koristiti finiji pesak 0 0 c previsoka granica smicanja (yield value) c1 povećati sadržaj superplasifikatora 0 0 c2 povećati sadržaj paste c3 povećati sadržaj maltera
Moguća mera Efekat na: kapacitet mogućnost otpor punjenja prolaska segregaciji čvrstoća skupljanje tečenje d segregacija d1 povećati sadržaj paste d2 povećati sadržaj maltera d3 smanjiti sadržaj vode d4 koristiti finiji filer 0 e brz pad obradljivosti e1 koristiti cemente sporije reakcije 0 0 0 0 e2 povećati količinu usporivača 0 0 0 0 e3 koristiti drugi superplastifikator?????? e4 zameniti filer cementom?????? f blokiranje f1 smanjiti najveće zrno agregata f2 povećati sadržaj paste f3 povećati sadržaj maltera g pogrešan rezultat g1 proveriti uslove testiranja n.p. n.p. n.p. n.p. n.p. n.p. 0 obično daje bolji rezultat za beton obično ne daje značajne rezultate? n.p. nepredvidljivi efekti nije primenljivo uglavnom daje lošiji rezultat za beton
SCC Guidelines May 2005