pdf

UDK 666.97:64.046 Primljeno 1. 1. 005. Struktura i svojstva betona poveane tlane vrstoe Marijan Skazli, Dubravka Bjegovi Kljune rijei svojstva betona, beton visokih vrstoa, beton ultravisokih vrstoa, projektiranje sastava, razred tlane vrstoe, trajnost M. Skazli, D. Bjegovi Izvorni znanstveni rad Struktura i svojstva betona poveane tlane vrstoe S obzirom na tlane vrstoe prikazana je podjela betona na obine, betone visokih i ultravisokih vrstoa. Dana su pravila za projektiranje sastava i odabir sastavnih komponenti ovih betona. Prikazana su komparativna istraživanja svojstava i strukture betona normalnih vrstoa, betona visokih vrstoa i betona ultravisokih vrstoa. Dobiveni rezultati su statistiki analizirani koristei jednoparametarski model analize varijance i analizu varijance hijerarhijskih modela. Key words concrete properties, high strength concrete, ultra-high strength concrete, composition design, compressive strength class, durability Mots clés propriétés du béton, béton à haute résistance, béton à ultra haute résistance, étude de composition, catégorie de la résistance à la compression, durabilité,,,,, Schlüsselworte Betoneigenschaften, Beton von hoher Druckfestigkeit, Beton von ultrahoher Druckfestigkeit, Entwurf der Zusammenstzung Klasse der ruckfestigkeit Dauerhaftigkeit M. Skazli, D. Bjegovi Original scientific paper Structure and properties of high strength concrete varieties The classification of concrete into normal concrete, high strength concrete and ultra-high strength concrete, as based on compressive strength values, is presented. The rules for designing composition and selecting components of these concrete types are given. Comparative studies of the properties and structure of the normal strength concrete, high strength concrete, and ultra-high strength concrete, are presented. The results obtained are analyzed statistically using the analysis of variance for the single parameter model and for hierarchical models. M. Skazli, D. Bjegovi Ouvrage scientifique original Structure et propriétés des bétons à résistance élevée La classification des bétons en béton normal, béton à haute résistance et béton à ultra haute résistance, basée sur les valeurs de la résistance à la compression, est présentée. Les règles pour la détermination de la composition et pour la sélection des composants de ces types de béton, sont fournies. Les études comparatives des propriétés et de la structure du béton normal, du béton à haute résistance et du béton à ultra haute résistance, sont présentées. Les résultats obtenus sont analysés statistiquement en utilisant l'analyse de la variance pour le modèle à un seul paramètre et pour les modèles hiérarchiques..,. Op,,,..,.,. M. Skazli, D. Bjegovi Wissenschaftlicher Originalbeitrag Struktur und Eigenschaften desbetons von erhöhter Druckfestigkeit Dargestellt ist die Aufteilung des Betons vom Blickpunkt der Druckfestigkeit auf gewöhnliche und Betone von hoher und ultrahoher Druckfestigkeit. Dargelegt sind Grundsätze für die Auswahl der Komponenten und die Zusammensetzung dieser Betone.Dargestellt sind komparative Untersuchungen der Eigenschaften und Struktur der Betone von normaler, hoher und ultrahoher Druckfestigkeit. Die erhaltenen Ergebnisse wurden statistisch analysiert, wobei man das einparametersche Modell der Varianzanalyse und die Varianzanalyse hierarchischer Modelle benützte. Autori: Doc. dr. sc. Marijan Skazli, dipl. ing. gra.; prof. dr. sc. Dubravka Bjegovi, dipl. ing. gra., Sveuilišta u Zagrebu, Graevinski fakultet, Kaieva 6 GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99 89

Beton poveane vrstoe 1 Uvod Beton je graevni materijal koji se najviše rabi i prema statistikim podacima na svakog stanovnika našeg planeta proizvede se više od 1 m 3 betona na godinu [1]. Poveani zahtjevi za gradnjom novih, modernijih graevina i obnovom dotrajalih konstrukcija posljednjih su desetak godina doveli su do otkria, razvoja i primjene novih vrsta betona. Razvoj novih vrsta betona može se ostvariti samo ako se na ispravan nain povežu razvoj mikrostrukture betona, njegove tehnologije i uporabnih svojstava []. Prema novim je hrvatskim normama za beton tlana vrstoa okarakterizirana kao njegovo jedino osnovno svojstvo [3, 4]. Paralelno s uvoenjem novih hrvatskih norma i svrstavanjem betona u razrede tlane vrstoe regulirano je i pitanje granica izmeu betona obinih vrstoa, betona visokih vrstoa i betona ultravisokih vrstoa. Tako se danas pod betone obinih vrstoa svrstavaju svi betoni do najvišega razreda tlane vrstoe C50/60. Razredi tlanih vrstoa koji odgovaraju betonima visokih vrstoa su od C55/67 pa do C100/115. Najviši razred tlane vrstoe prema hrvatskom propisu za betonske konstrukcije jest C100/115. Betoni s vrijednostima tlane vrstoe veima od razreda tlane vrstoe C100/115 ubrajaju se u betone ultravisokih vrstoa [3, 4]. Betoni ultravisokih vrstoa dobiveni su krajem prošlog stoljea modificiranjem nekih postojeih pravila za projektiranje sastava i odabir sastavnih materijala. Ova vrsta betona ima karakteristine tlane vrstoe u pojedinim sluajevima i vee od 00 MPa, ali uz to posjeduje i znatno poboljšano vlano ponašanje, krutost i trajnost u odnosu prema drugim vrstama betona [5, 6]. Betoni ultravisokih vrstoa u posljednjih su nekoliko godina razvijeni i u Hrvatskoj te je o njima ve objavljeno više radova [6, 7, 8]. Prve preporuke za proizvodnju, projektiranje, graenje i ocjenu sukladnosti betona ultravisokih vrstoa objavljene su 00. u Francuskoj [9]. Nakon njih isto su uinili i Japanci [10], a tijekom ove godine izai e i njemake preporuke za ovu vrstu betona. Meutim, strunjaci i znanstvenici u zemljama gdje se istražuje i primjenjuje beton ultravisokih vrstoa ne slažu se u dosta pitanja vezanih uz ovu vrstu betona. Zbog toga je FIB formirao radnu grupu 8.6 pod nazivom Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC) glavni zadatak koje je donošenje jedinstvenih propisa za betone ultravisokih vrstoa. Za dobivanje betona visokih i betona ultravisokih vrstoa potrebno je pridržavati se posebnih pravila za projektiranje sastava i odabir sastavnih komponenata, a koji M. Skazli, D. Bjegovi kod betona obinih vrstoa ne moraju biti potpuno zadovoljeni. U ovom radu je dan prikaz glavnih naela kojima treba udovoljiti kako bi se dobili betoni visokih vrstoa i betoni ultravisokih vrstoa. S obzirom na to da je prema novim hrvatskim normama tlana vrstoa okarakterizirana kao glavni parametar betona u radu su eksperimentalno istraživana mehanika svojstva, ali i trajnost te struktura betona razliitih tlanih vrstoa. Eksperimentalni rad je proveden na uzorcima betona obinih vrstoa, betona visokih vrstoa i betona ultravisokih vrstoa. Treba naglasiti da eksperimentalno istraživanje betona ultravisokih vrstoa nije provedeno na betonu s maksimalno moguim vrijednostima vrstoa (> 00 MPa), ve na betonu s nešto manjim tlanim vrstoama, ali koji su uz to ekonomski bitno povoljniji. Dobiveni su rezultati iz eksperimentalnog rada statistiki analizirani uporabom jednoparametarskoga modela analize varijance i analize varijance hijerarhijskih modela. Analiza rezultata ispitivanja pokazuje da se s porastom vrijednosti tlanih vrstoa betona poboljšane mikrostrukture poboljšavaju i druga njegova svojstva mehanika, trajnost te struktura gradiva. Slika 1. Slikovit prikaz dviju mješavina svježeg betona s razliitim vodocementnim faktorima: 0,65 i 0,5 [11] Pravila za projektiranje sastava i odabir sastavnih komponenata Za postizanje veih vrijednosti tlanih vrstoa potrebna je posebna pažnja pri izboru i kompatibilnosti sastojaka (cement, agregat, mineralni i kemijski dodaci, vlakna) i tehnologiji betona (proizvodnja, ugradnja, njega, transport, kontrola kvalitete). Iz tih je razloga projektiranje sastava i proizvodnja betona visokih vrstoa i betona ultravisokih vrstoa složeniji posao od istog postupka kod obinog betona [6, 11, 1]. Tlana se vrstoa betona poveava uporabom kvalitetnih sastavnih komponenata, poveanjem broja kontakata izmeu estica, homogeniziranjem gradiva te reduciranjem poroznosti i defekata unutar strukture. Poveanje broja kontakata meu esticama i homogeniziranje betona mogue je ostvariti uporabom vee koli- ine veziva, reduciranjem vodovezivnog omjera, smanji- 90 GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99

M. Skazli, D. Bjegovi Beton poveane vrstoe vanjem ukupne koliine agregata i veliine najveega zrna agregata. Smanjenje poroznosti postiže se uporabom niskoga vodovezivnog omjera i uporabom superplastifikatora, ali uz uvjet da se osigura dostatna obradljivost u svježem stanju te zamjenom dijela cementa pucolanskim dodacima. Dodatkom znatno manje koliine vode u sastavu nego kod obinog betona smanjuje se razmak izmeu zrnaca cementa i mineralnih dodataka u svježem stanju (slika 1.). Na taj se nain smanjuje i kapilarna poroznost, a mnogo je manji i prostor koji moraju popuniti produkti hidratacije [6, 11, 1]. Smanjenje vodovezivnog omjera i upotreba mineralnih dodataka pozitivno utjeu i na poboljšanje sueljka cementnog kamena i agregata, kao najslabije karike u strukuri betona. Najbolji je dodatak cementu silikatna prašina koja sa vrlo malim zrncima (10-ak puta manjim od zrna cementa) i velikom specifinom ploštinom utjee na poveanje obujma koji okružuje cementne estice te radi vee reaktivnosti i na ubrzanu hidratizaciju (slika.). Osim toga silikatna prašina reagira sa slobodnim vapnom, najlošijim sastojkom cementa, stvarajui pritom CSH gel [6, 11, 1]. Slika. Progušivanje strukture betona popunjavanjem prostora izmeu cementnih zrnaca dodatkom silikatne prašine [11] Poveanjem vrijednosti tlanih vrstoa betona raste i njegova krhkost. Ova se pojava može riješiti dodatkom vlakana u sastav betona. Glavni razlog uporabe vlakana u slaboj, krhkoj matrici jest poboljšanje duktilnosti cementne matrice. Intenzitet poboljšanja svojstava zbog mikroarmiranja vlaknima varira ovisno o koliini i vrsti dodanih vlakana, prionljivosti vlakana i cementne matrice te kvaliteti same cementne matrice [6]. Da bi se dobili betoni ultravisokih vrstoa, ije su tlane vrstoe vee od 150 MPa, potrebno je, osim prethodno nabrojenog, držati se i sljedeih osnovnih naela: poveanja homogenosti eliminiranjem krupnog agregata poveanja gustoe ugraenog betona optimaliziranjem granulometrijskog sastava tako da se postigne najvee pakiranje estica poboljšanja mikrostrukture toplinskim tretiranjem ugraenog betona koliina vode u betonu maksimalno se smanjuje pa tako njezina koliina nije dovoljna za hidrataciju cementa; ovo naelo dovodi do toga da se smanjuje koliina slobodne vode koja isušivanjem može dovesti do stvaranja mikropukotina, nehidratizirani se cement ponaša kao reaktivni mikroagregat visokog modula elastinosti koji može naknadno hidratizirati poboljšanja duktilnosti dodavanjem vee koliine vlakana [13]. Tablica 1. Sastavi betonskih mješavina Komponente sastava OZNAKA MJEŠAVINE (kg/m 3 ) NSC HSC UHSC Cement 30dz 45S 350 400 - Cement PC 55 - - 600 Silikatna prašina - 30 59 Sitni agregat (rijeni) 961,7 918,5 - Krupni agregat (rijeni) 887,8 88,5 - Sitni agregat (dijabaz) - - 943,5 Krupni agregat (dijabaz) - - 647,6 Voda 190 150,5 145 Superplastifikator - 3 5, elina vlakna 30/0,8 mm, zakrivljeni krajevi - - 67 elina vlakna 60/1,0 mm, zakrivljeni krajevi - - 33 Vodovezivni omjer 0,54 0,35 0. Najvee zrno agregata (mm) 3 16 11 Omjer mase agregata i mase veziva 5,3 4,,4 Koliina silikatne prašine (% m cem ) - 7,5 9,8 Koliina superplastifikatora (% m cem+sil ) - 0,7 0,8 3 Eksperimentalni rad 3.1 Program istraživanja Istraživanje je provedeno na 3 razliite betonske mješavine. Sastavi mješavina prikazani su u tablici 1. i na slici 3. Svaka se pojedina mješavina pripravljala po tri puta, da bi se pokazala ponovljivost rezultata ispitivanja pojedinih svojstava. Sastav mješavina odabran je na temelju prethodnih istraživanja da bi se postigle tlane vrstoe karakteristine za betone obinih vrstoa, betone visokih vrstoa i betone ultravisokih vrstoa. S obzirom na to da poveanjem tlane vrstoe betona raste njegova krhkost, u mješavinu betona ultravisokih vrstoa dodana su i elina vlakna. GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99 91

Beton poveane vrstoe Sve su se mješavine pripremale u betonskoj miješalici najveega obujma 70 litara. Uzorci su zbijani na vibrostolu frekvencije 150 Hz. Do dana ispitivanja uzorci su njegovani u vodi temperature 0 C. Slika 3. Grafiki prikaz sastava betonskih mješavina 3. Karakteristina svojstva materijala upotrijebljenih za pripremu betonskih mješavina 3..1 Cement Tablica. Mineraloški sastavi cemenata Cement Udio minerala (%) C 3 S C S C 3 A C 4 AF PC 30dz 45S 37,7 1, 11,1 13,4 PC 55 70,7 3,5 8, 9,1 U eksperimentalnom su radu upotrijebljene dvije vrste cementa. Cement PC 30 dz 45 S uporabljen je za pripremu mješavina NSC i HSC, a cement PC 55 je upotrijebljen za pripremu mješavine UHSC. Rezultati prorauna mineraloških sastava prema Bogueu na osnovi rezultata M. Skazli, D. Bjegovi kemijske analize dani su u tablici., a rezultati ispitivanja mehanikih i fizikalnih svojstava cementa su prikazani su u tablici 3. Tablica 3. Mehanika i fizikalna svojstva cemenata Svojstvo vrstoa na savijanje (nakon 8 dana) Tlana vrstoa (nakon 8 dana) Metoda Vrsta cementa ispitivanja PC 30dz 45S PC 55 HRN EN 196-1 HRN EN 196-1 8,1 MPa 9,0 MPa 4,0 MPa 59,9 MPa Gustoa ASTM C-188,87 g/cm 3 3,1 g/cm 3 Specifina HRN EN 196-6 4086 cm 5030 /g ploština cm /g Voda potrebna za standardnu konzistenciju Poetak/kraj vezivanja HRN EN 196-3 HRN EN 196-3 7,6% mase 30,0% mase 60/330 min 180/50 min 3.. Silikatna prašina U eksperimentalnom radu je iskorištena silikatna prašina u suhom obliku pakirana u vree. Ispitivanjima su utvrene njezine sljedee karakteristike: gustoa, g/cm 3 specifina ploština 18 595 cm /g sadržaj ukupnog SiO 93,0 % 3..3 Superplastifikator Upotrijebljen je superplastifikator na osnovi karboksil akrilnih estera. To je tekuina smee boje topljiva u vodi. Tablica 4. Ispitivanje utjecaja dodatka superplastifikatora na svojstva cementne paste i morta Dodatak superplastifikatora u Mjerna Svojstvo Metoda ispitivanja Etalon odnosu na masu cementa (% mase) jedinica 0,5 1,0 Standardna konzistencija % HRN.B.C8.03 4,8 0,5 19,7 Smanjenje vode pri istom razastiranju standardnog morta ml HRN.B.C8.04 5 199 189 Sadržaj zraka u svježem mortu % vol. HRN.B.C8.050 6,5 6,3 4,5 Tlana vrstoa nakon 8 dana MPa HRN.B.C8.0 49,1 46,5 48, vrstoa na savijanje nakon 8 dana MPa HRN.B.C8.0 8,4 5,8 5, 9 GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99

M. Skazli, D. Bjegovi Beton poveane vrstoe Volumenska masa u tekuem stanju prema HRN.U.M1.039 jest 1,066 g/cm 3. Ispitane karakteristike superplastifikatora prikazane su u tablici 4. Slika 4. Granulometrijski dijagrami frakcija drobljenog agregata 3..4 Agregat U eksperimentalnom istraživanju korištene su dvije razliite vrste agregata. Eruptivni drobljeni agregat (dijabaz) je upotrijebljen za mješavinu UHSC, a rijeni agregat za mješavine NSC i HSC. Svojstva agregata prikazana su u tablici 5., a krivulje prosijavanja na slikama 4. i 5. Slika 5. Granulometrijski dijagrami frakcija rijenog agregata Tablica 5. Ispitana svojstva rijenog i drobljenog agregata Vrsta agregata i frakcija [mm] Volum. masa [kg/m 3 ] Svojstvo Apsorpcija vode [% mase] Oblik zrna Sadržaj sitnih estica [% mase] rijeni, 0-4 670 1,1 -,65 rijeni, 4-8 700 1,8 0,4 0,04 rijeni, 8-16 680 1,4 0,7 0.0 rijeni, 16-31.5 690 0,6 0,31 - drobljeni 0-670,5-9, drobljeni -4 650 1,6 -,0 drobljeni4-8 660 1, 0,5 0,05 drobljeni 8-11 680 1,1 0, 0,0 3..5 Vlakna U eksperimentalnom su radu upotrijebljene dvije vrste elinih vlakana. Njihov je proizvoa Fibrin, a svojstva su im dana u tablici 6. Tablica 6. Karakteristike upotrijebljenih vlakana Ispitivano svojstvo Vlakna sa zakrivljenim krajevima 30/0,8 mm Vlakna sa zakrivljenim krajevima 60/1,0 mm Duljina vlakna (mm) 30 3 60 5 Dimenzija poprenog presjeka (mm) 0,8 0,05 1 0,1 Koeficijent oblika 38 60 Vlana vrstoa (MPa) 1398 1096 3..6 Voda U eksperimentima je upotrijebljena pitka voda iz vodovoda. 3.3 Ciljevi istraživanja Ciljevi istraživanja su sljedei: postizanje tlanih vrstoa karakteristinih za obine betone, betone visokih vrstoa i betone ultravisokih vrstoa usporedba mehanikih svojstava i svojstava trajnosti izmeu obinih betona, betona visokih vrstoa i betona ultravisokih vrstoa usporedba strukture izmeu obinih betona, betona visokih vrstoa i betona ultravisokih vrstoa analiza strukture betona poveane tlane vrstoe i njezina utjecaja na njegova trajnosna svojstva. 3.4 Metode istraživanja Na mješavinama su ispitana sljedea svojstva u svježem stanju: konzistencija slijeganjem (HRN EN 1350-) sadržaj zraka (HRN EN 1350-7) temperatura gustoa (HRN EN 1350-6) Ispitana su sljedea svojstva u ovrsnulom stanju: tlana vrstoa (HRN EN 1390-3) vrstoa na savijanje (HRN EN 1390-5) statiki modul elastinosti (HRN.U.M1.05) dinamiki modul elastinosti (HRN.U.M1.O6) plinopropusnost (EN 993-4) kapilarno upijanje vode (HRN.U.M8.300) difuzija iona klora (ASTM C 10) analiza strukture scanning elektronskim mikroskopom. GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99 93

Beton poveane vrstoe Sva ispitivanja, osim analize strukture SEM elektronskim mikroskopom, provedena su u laboratoriju Zavoda za gradiva na Graevinskom fakultetu u Zagrebu. 3.5 Metode statistike obrade podataka Statistika obrada rezultata ispitivanja izvršena je uz pomo jednoparametarskog modela analize varijance (ANOVA) i analize varijance hijerarhijskih modela. 3.5.1 Analiza varijance (ANOVA) Kod analize varijance polazi se od pretpostavke da su uzorci iz populacije uzeti sluajnim odabirom, da su pogreške meusobno neovisne i da imaju normalnu razdiobu s istim, odnosno homogenim varijancama. Ako se uzme da se uzorak sastoji od više skupina, tada svaka skupina može imati razliiti broj varijanata. Postavlja se nulta hipoteza da te skupine pripadaju istome uzorku. Pritom se može promatrati varijabilnost izmeu skupina i varijabilnost unutar skupina preko odgovarajuih varijanci. U ovome eksperimentalnom radu uzorak, tj. ispitivano svojstvo mješavine sastoji se od tri skupine jer se svaka mješavina pripremala tri puta. Pri tome svaka skupina ima proizvoljni broj varijanata, tj. rezultata ispitivanja nekog svojstva. Ako je varijanca izmeu skupina jednaka varijanci unutar skupina, može se pouzdano zakljuiti da skupine imaju istu razdiobu odnosno da pripadaju istom uzorku, a to znai da postoji ponovljivost rezultata ispitivanja. Ako je varijanca izmeu skupina signifikantno vea od varijance unutar skupina, tada skupine ne pripadaju istoj distribuciji, odnosno istome uzorku. Provesti analizu varijance znai raunski definirati ukupnu varijabilnost uzorka, podijeliti je na varijabilnost unutar skupina i varijabilnost izmeu skupina i testirati hipotezu da skupine pripadaju istomu uzorku, odnosno da se njihove prosjene vrijednosti ne razlikuju znatno. Varijabilnosti se brojano izražavaju preko varijanci. Nulta se hipoteza (H 0 ) o varijancama može testirati s pomou F-testa. Proraun analize varijance zapoinje izraunavanjem eksperimentalnog F-faktora kao odnosa varijanci izmeu skupina i unutar skupina: F exp s izmedju skupina s unutar skupina Tablini F-faktor (F tabl ) oitava se iz tablica za slobodne varijante dviju pripadajuih varijanci uz odabranu vjerojatnost pogreške od 0,05. Usporedbom F exp i F tabl donosi se odluka o prihvaanju ili odbacivanju hipoteze da skupine pripadaju istomu uzorku. M. Skazli, D. Bjegovi Ako je F exp < F tabl prihvaa se nulta hipoteza H 0. Zakljuuje se da skupine pripadaju istoj distribuciji, odnosno istom uzorku. Na taj se nain dokazuje da postoji ponovljivost izmeu rezultata ispitivanja nekog svojstva promatrane mješavine. Ako je F exp > F tabl odbacuje se nulta hipoteza H 0. Zakljuuje se da skupine ne pripadaju istoj distribuciji, odnosno istomu uzorku. U ovome sluaju ne postoji ponovljivost izmeu rezultata ispitivanja nekog svojstva promatrane mješavine. Odbacivanje nulte hipoteze H 0, odnosno zakljuak da skupine ne pripadaju istomu uzorku, ne mora znaiti da se sve skupine meusobno razlikuju, ali to svakako znai da su bar dvije signifikantno razliite [14]. 3.5. Analiza varijance hijerarhijskih modela Ako se pretpostavi da se uzorak sastoji od više skupina, tada svaka skupina može imati više podskupina, a svaka podskupina svoje podskupine itd. U tom sluaju govori se o tzv. hijerarjhijskim modelima. Iako hijerarhijska struktura može ii proizvoljno u dubinu, u ovome se radu razmatra sluaj da se uzorak sastoji od više skupina, svaka skupina od više podskupina, a svaka podskupina ima razliit broj varijanata. Pritom se pod skupinom podrazumijeva odreena mješavina betona (NSC, HSC ili UHSC). S obzirom na to da je svaka mješavina prireena po tri puta, svaki od ta tri pokusa ini podgrupu, a svaka podskupina ima varijante, tj. rezultate ispitivanja odreenog svojstva. U tom sluaju postavljaju se dvije nulte hipoteze. Prva je da skupine pripadaju istomu uzorku, a druga se hipoteza odnosi na to da podskupine u skupinama pripadaju istomu uzorku. Može se promatrati varijabilnost izmeu skupina, varijabilnost izmeu podskupina i varijabilnost unutar podskupina preko odgovarajuih varijanci. Ako je varijanca izmeu skupina jednaka varijanci izmeu podskupina, može se pouzdano zakljuiti da skupine imaju istu razdiobu odnosno da pripadaju istomu uzorku. Ako je varijanca izmeu podskupina jednaka varijanci unutar podskupina, može se pouzdano zakljuiti da podskupine imaju istu razdiobu odnosno da pripadaju istomu uzorku. Ako je varijanca izmeu skupina signifikantno vea od varijance izmeu podskupina, tada skupine ne pripadaju istoj distribuciji, odnosno istomu uzorku. Ako je varijanca izmeu podskupina signifikantno vea od varijance unutar podskupina, tada podskupine ne pripadaju istoj distribuciji, odnosno istomu uzorku. Provesti analizu varijance znai raunski definirati ukupnu varijabilnost uzorka, rašlaniti je na varijabilnost izmeu skupina, varijabilnost izmeu podskupina, te varijabilnost unutar podskupina i testirati hipoteze da skupine pripadaju istom uzorku, odnosno da podskupine pripadaju istom uzorku. Varijabilnosti se brojano izražavaju preko varijanci. 94 GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99

M. Skazli, D. Bjegovi Beton poveane vrstoe Provjera nulte hipoteze (H 0 ) o varijancama testira se s pomou F-testa. Postupak analize varijance hijerarhijskih modela zapoinje izraunavanjem eksperimentalnih F-faktora: F exp 1 F exp s izmedju skupina s izmedju podskupina s s izmedju podskupina unutar podskupina Tablini F-faktor (F tabl ) oitava se iz tablica za slobodne varijante dviju pripadajuih varijanci uz odabranu vjerojatnost pogreške od 0,05. Usporedbom F exp i F tabl donosi se odluka o prihvaanju ili odbacivanju hipoteze da skupine, odnosno podskupine pripadaju istomu uzorku. Ako je F exp1 < F tabl1 zakljuuje se da skupine pripadaju istoj distribuciji, odnosno istomu uzorku, odnosno da izmeu skupina nema znatnih razlika. To znai da meu analiziranim mješavinama ne postoji znatna razlika što se tie ispitivanog svojstva. Ako je F exp < F tabl zakljuuje se da podskupine pripadaju istoj distribuciji, odnosno istomu uzorku, odnosno da izmeu podskupina nema znatnih razlika. Ako je F exp1 > F tabl1 zakljuuje se da skupine ne pripadaju istoj distribuciji, odnosno istomu uzorku, odnosno da izmeu skupina ima znatnih razlika. To znai da me- u promatranim mješavinama postoji znatna razlika što se tie ispitivanog svojstva. Ako je F exp > F tabl zakljuuje se da podskupine ne pripadaju istoj distribuciji, odnosno istomu uzorku, odnosno da izmeu podskupina postoje znatne razlike. Odbacivanje prve nulte hipoteze, odnosno zakljuak da skupine ne pripadaju istomu uzorku, ne mora znaiti da se sve skupine meusobno razlikuju, ali to svakako zna- i da su bar dvije signifikantno razliite. Odbacivanje druge nulte hipoteze, odnosno zakljuak da podskupine skupine ne pripadaju istomu uzorku, ne mora znaiti da se sve podskupine meusobno razlikuju, ali to svakako znai da su bar dvije signifikantno razliite. [15, 16] 3.6 Analiza rezultata ispitivanja mješavina u svježem stanju U tablici 7. prikazana su svojstva mješavina u svježem stanju. Sve mješavine su u svježem stanju imale plastinu konzistenciju. Može se uoiti da s poveanjem tlane vrstoe betona raste i njegova gustoa u svježem stanju. Tablica 7. Srednje vrijednosti rezultata ispitivanja svojstava u svježem stanju Ispitivano svojstvo Konzistencija slijeganjem Mjerna Oznaka mješavine jedinica NSC HSC UHSC cm 6 10 10 Sadržaj zraka % 1,9,5 Temperatura C 1 3,5 7 Gustoa g/cm 3,34,4,5 Slika 6. Ispitivanje statikog modula elastinosti (lijevo) i vrstoe na savijanje (desno) 3.7 Analiza rezultata ispitivanja mehanikih svojstava u ovrsnulom stanju Dobiveni rezultati ispitivanja tlanih vrstoa i vrstoa na savijanje prikazani su u tablici 8., a rezultati ispitivanja statikog i dinamikog modula elastinosti u tablici 9. Provedene statistike analize rezultata ispitivanja mješavina NSC, HSC i UHSC jednoparametarskim modelom analize varijance pokazuju da za sve mješavine postoji ponovljivost rezultata ispitivanja tlane vrstoe, vrsto- e na savijanje i statikog modula elastinosti. Rezultati statistike analize varijance hijerarhijskih modela pokazuju da meu mješavinama NSC, HSC i UHSC postoji znatna razlika tlane vrstoe, vrstoe na savijanje i statikog modula elastinosti. Tablica 8. Rezultati ispitivanja tlane vrstoe i vrstoe na savijanje; tlana vrstoa i i vrstoa na savijanje za svaku su mješavinu ispitane na ukupno 9 uzoraka Oznaka mješavine TLANA VRSTOA Srednja vrijednost (MPa) Standardna devijacija (MPa) Srednja vrijednost (MPa) VRSTOA NA SAVIJANJE Standardna devijacija (MPa) NSC 39,8 3,6 5,5 0,5 HSC 70,5 4, 7,1 0,6 UHSC 141,7 7,0 13,3 1, GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99 95

Beton poveane vrstoe Tablica 9. Rezultati ispitivanja statikog i dinamikog modula elastinosti, statiki je modul elastinosti za svaku mješavinu ispitan na 9 uzoraka, a dinamiki modul elastinosti na 3 uzorka Oznaka mješavine Srednja vrijednost (GPa) Statiki modul elastinosti Standardna devijacija (GPa) Dinamiki modul elastinosti Srednja vrijednost (GPa) Standardna devijacija (GPa) NSC 9,,6 36,4 1,0 HSC 34,4,3 40,8 1,9 UHSC 40,8 1,5 55,7 1,1 3.8 Analiza rezultata ispitivanja trajnosti u ovrsnulom stanju Dobiveni rezultati ispitivanja koeficijenta plinopropusnosti, koeficijenata kapilarnog upijanja vode i difuzije iona klora prikazani su u tablici 10. Dijagrami ispitivanja kapilarnog upijanja vode za sve mješavine prikazani su na slici 8. Vidljivo je da betoni vee tlane vrstoe imaju manje kapilarno upijanje vode. M. Skazli, D. Bjegovi mješavina betona ultravisokih vrstoa UHSC ima malu plinopropusnost. Ocjena rezultata ispitivanja difuzije iona klora prema tablici 11. pokazuje da obini beton ima umjerenu propusnost za ione klora, a betoni visokih i ultravisokih vrstoa imaju vrlo malu propusnost za ione klora. Tablica 10. Srednje vrijednosti rezultata ispitivanja koeficijenta plinopropusnosti, koeficijenata kapilarnog upijanja vode i difuzije iona klora Oznaka mješavine Koeficijent plinopropusnosti (m ) Koeficijent kapilarnog upijanja vode (kg/m h 1/ ) Difuzija iona klora (Coulomb) NSC 3,410-16 0,354 3 937 HSC 1,310-17 0,138 766 UHSC 1,310-18 0,06 416 Tablica 11. Ocjena rezultata ispitivanja difuzije klorida po ASTM C 10 Difuzija iona klora (Coulomb) >4000 000-4000 1000-000 100-1000 <100 Propusnost iona klora visoka umjerena mala vrlo mala neznatna Slika 7. Ispitivanje difuzije iona klora (lijevo) i plinopropusnosti (desno) Slika 9. Analiza mikrostrukture betona scanning elektronskim mikroskopom Slika 8. Dijagrami srednjih vrijednosti ispitivanja kapilarnog upijanja vode Analiza rezultata ispitivanja koeficijenata plinopropusnosti, prema [17], pokazuje da mješavina obinog betona NSC ima veliku plinopropusnost, mješavina betona visokih vrstoa HSC ima srednju plinopropusnost, a 3.9 Analiza rezultata ispitivanja strukture scanning elektronskim mikroskopom (SEM) Analiza strukture betonskih mješavina scanning elektronskim mikroskopom (SEM) provedena je na uzorcima dimenzija 4 x 4 x 1 cm. Na slici 9. prikazan je nain ispitivanja scanning elektronskim mikroskopom. 96 GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99

M. Skazli, D. Bjegovi Beton poveane vrstoe Slika 10. Izgled strukture na uzorku mješavine NSC Slika 13. Sueljak agregata i cementnog kamena na uzorku mješavine HSC Slika 11. Sueljak agregata i cementnog kamena na uzorku mješavine NSC Slika 14. Izgled strukture na uzorku mješavine UHSC Slika 1. Izgled strukture na uzorku mješavine HSC Na slikama 10. do 15. dane su neke od karakteristinih snimaka strukture betona NSC, HSC i UHSC. Pri tome su mikroskopske snimke na slikama 10., 1. i 14. s manjim poveanjem, pa se vidi vei dio strukture ispitivanih betona. Na slikama 11., 13. i 15. prikazane su mikroskopske snimke sueljka agregata i cementnog kamena. Kod mješavine UHSC uoava se manja koliina i broj kapilarnih pora nego kod mješavina HSC i NSC. Sueljak agregata i cementnog kamena kvalitetniji je kod betona UHSC nego kod HSC i NSC. Za razliku od toga Slika 15. Sueljak agregata i cementnog kamena na uzorku mješavine UHSC kod mješavina NSC i HSC sueljak agregata i cementnog kamena razlikuje se po slabijoj kvaliteti i veoj propusnosti od ostatka strukture. Na slikama 11. i 13. prikazane su dimenzije sueljka agregata i cementnog kamena za mješavine NSC i HSC. Analizom mikrostrukture vidljivo je i da UHSC ima ve- u koliinu nehidratiziranog cementa od drugih ispitivanih betona. Prionljivost je elinih vlakana i matrice u mješavini UHSC dobra jer se analizom strukture suelj- GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99 97

Beton poveane vrstoe ka elinih vlakana i matrice vidi da on ne sadrži zrnca nehidratiziranog cementa, nije porozan i ispunjen je gustom i kvalitetnom cementnom matricom. 3.10 Analiza utjecaja poveanja tlane vrstoe betona na njegovu strukturu, mehanika svojstva i trajnost U eksperimentalnom radu usporeivane su mješavine betona obinih vrstoa (NSC), betona visokih vrstoa (HSC) i betona ultravisokih vrstoa (UHSC). M. Skazli, D. Bjegovi tlanih vrstoa betona poveava i omjer izmeu tlane vrstoe betona i njegove vrstoe na savijanje. Ovaj je rezultat dobiven ak i u sluaju kada su kod mješavine UHSC upotrijebljena elina vlakna koja djeluju na poveanje vrstoe na savijanje, pa prema tome i na smanjenje omjera izmeu tlane i vrstoe na savijanje. Porastom tlane vrstoe betona dobiva se i vei omjer izmeu tlane vrstoe i statikog modula elastinosti. Ovim se pokazuje da porast vrijednosti tlane vrstoe nije popraen sa znatnijim poveanjem krutosti betona. Bez obzira na vrijednost tlane vrstoe, svi ispitivani betoni imaju približno isti omjer izmeu dinamikog i statikog modula elastinosti. Rezultati ispitivanja svojstava trajnosti betona prikazani u tablici 10. pokazuju da poveanje tlane vrstoe betona utjee i na poboljšavanje njegove trajnosti. Iz tog je razloga razumljivo zašto se betoni visokih vrstoa ili betoni ultravisokih vrstoa ponekad nazivaju i betonima visokih uporabnih svojstava. Slika 16. Usporedba rezultata ispitivanja mehanikih svojstava Rezultati statistike analize varijance hijerarhijskih modela pokazuju da meu ispitivanim mješavinama NSC, HSC i UHSC postoji znatna razlika u tlanoj vrstoi, vrstoi na savijanje i statikom modulu elastinosti (slika 16.). Na taj se nain dokazuje da poveanjem razreda tlane vrstoe betona ne samo što znatno rastu vrijednosti tlanih vrstoa, ve se znatnije poveavaju vrstoe na savijanje i statiki moduli elastinosti. Analiza varijance (ANOVA) pokazuje da meu mješavinama postoji ponovljivost rezultata ispitivanja mehanikih svojstava. Dobiveni rezultati pokazuju i da poveanjem vrijednosti tlanih vrstoa, zbog homogenije strukture tih betona, rastu i njihovi dinamiki moduli elastinosti (slika 16.). Usporedbom odnosa pojedinih ispitanih mehanikih svojstava (slika 17.) može se rei da se s porastom vrijednosti Slika 17. Odnosi pojedinih mehanikih svojstava za mješavine NSC, HSC i UHSC Dodatno pojašnjenje dobivenih rezultata mehanikih svojstava i svojstava trajnosti razmatranih mješavina može se dobiti uvidom u njihovu strukturu s pomou scanning elektronskog mikroskopa. Betoni vee tlane vrstoe zbog svoga specifinog sastava imaju znatno homogeniju strukturu. Poveanjem tlane vrstoe betona bitno se smanjuje njegova ukupna poroznost te koli- ina i broj kapilarnih pora. Nadalje, porastom tlane vrstoe betona poboljšava se i kvaliteta sueljka agregata i matrice. Tako su kod betona visokih vrstoa (HSC) i betona ultravisokih vrstoa (UHSC) sueljci agregata i matrice bitno kvaliteniji nego kod betona obinih vrstoa (NSC) i nisu slaba karika u strukturi betona. Najbolji sueljak agregata i matrice ima beton UHSC. Analiza mikrostrukture sueljka agregata i matrice betona UHSC pokazuje da on ne sadrži zrnca nehidratiziranog cementa, nije porozan i ispunjen je gustom i kvalitetnom cementnom matricom. Za razliku od toga kod mješavine NSC sueljak agregata i cementnog kamena razlikuje se po slabijoj kvaliteti i ve- oj propusnosti od ostatka strukture. Analizom strukture vidi se i da betoni vee tlane vrstoe radi smanjenja vodovezivnog omjera imaju veu koliinu nehidratiziranog cementa, ali on ne utjee negativno na njihova mehanika svojstva i svojstva trajnosti. 4 Zakljuak Prema novim hrvatskim normama za beton, tlana je vrstoa okarakterizirana kao njegovo jedino osnovno svojstvo. Prema vrijednostima tlanih vrstoa betoni se mogu podijeliti na obine betone, betone visokih vrsto- a i betone ultravisokih vrstoa. 98 GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99

M. Skazli, D. Bjegovi Beton poveane vrstoe U eksperimentalnom su se radu ispitivala mehanika svojstva i svojstva trajnosti te je analizirana struktura betona obinih vrstoa (obini beton), betona visokih vrstoa i betona ultravisokih vrstoa. Statistika analiza dobivenih rezultata ispitivanja jednoparametarskim modelom analize varijance pokazuje da meu mješavinama postoji ponovljivost rezultata ispitivanja tlane i vrstoe na savijanje te modula elastinosti. Statistikom analizom rezultata hijerarhijskim modelom analize varijance utvreno je da porast tlane vrstoe betona utjee, osim bitnog poboljšanja tlane vrstoe, i na znatnije poveanje vrijednosti vrstoe na savijanje i modula elastinosti. Porastom vrijednosti tlane vrstoe betona poveava se omjer izmeu tlane i vrstoe na savijanje te omjer iz meu tlane vrstoe i statikog modula elastinosti betona. Za razliku od toga vrijednost tlane vrstoe betona ne utjee bitnije na omjer vrijednosti izmeu dinamikog i statikog modula elastinosti. Rezultati ispitivanja svojstava trajnosti betona pokazuju da poveanje tlane vrstoe betona utjee i na poboljšavanje njegove trajnosti. Zbog toga se betoni visokih vrstoa i betoni ultravisokih vrstoa ponekad nazivaju i betonima visokih uporabnih svojstava. Analizom strukture utvreno je da betoni vee tlane vrstoe imaju znatno homogeniju strukturu, s manje pora i defekata te s poboljšanim sueljkom izmeu agregata i matrice. LITERATURA [1] Bjegovi, D.: From Durable Material Towards Structural Durability, Proceeding of the International Symposium Durability and Maintenance of Concrete Structures, Dubrovnik, Croatia, 004., 19-30 [] Skazli, M.; Bjegovi, D.: Perspectives of designing with new concrete types, Annual 005 of the Croatian Academy of Engineering, Zagreb, 005., 167.-178. [3] Prirunik za betonske konstrukcije, Zbornik radova sa Prvih hrvatskih dana betona, Cavtat, 005., 1.-80. [4] Tehniki propis za betonske konstrukcije, Zbornik radova sa Prvih hrvatskih dana betona, Secon HDGK, Cavtat, 005., 81.-868. [5] Walraven, J.: Designing with ultra high strength concrete: basics, potential and perspectives, International Symposium on Ultra High Performance Concrete (UHPC), Kassel, Germany, 004., 853-864 [6] Skazli, M.: Mikroarmirani predgotovljeni elementi sekundarne tunelske obloge, disertacija, Graevinski fakultet Sveuilišta u Zagrebu, 005. [7] Skazli, M.: Hibridni mikroarmirani betoni visokih uporabnih svojstava, magistarski rad, Graevinski fakultet Sveuilišta u Zagrebu, 003. [8] Skazli, M.; Bjegovi, D.; Mrakovi, S.: Mikroarmirani betoni visokih uporabnih svojstava, Graevinar 56 (004), 69.-78. [9] Ultra-High Performance Fibre-Reinforced Concrete, Interim Recommendations, AFGC/SETRA working group, 00 [10] JSCE Recommendations for Design and Construction of Ultra High-Strength Fiber-Reinforced Concrete Structures (UFC), Japanese Society of Civil Engineers, 004 [11] Aitcin, P. C.: High-Performance Concrete, E&FN SPON, London, 1998 [1] Nawy, E.: Fundamentals of high-performance concrete, Second edition, John Wiley&Sons, Inc., New York, 001. [13] Richard P., Cheyrezy, M.: Composition of Reactive Powder Concretes, Cement and Concrete Research, Vol. 5, No. 7, 1995, 1501-1511 [14] Pauše, Ž.: Uvod u matematiku statistiku, Školska knjiga, Zagreb, 1993. [15] Triola, M. F.: Elementary statistic, The Benjamin/Commings Publishing Company, New York, 1989 [16] Steel, R. G. D., Torrie, J. H.: Principles and Procedures of Statistics, McGraw-Hill Book Company, New York, 1960 [17] Ukrainczyk, V., Bjegovi, D.: Ispitivanje gradiva u sustavu osiguranja trajnosti betonskih konstrukcija, Graevni godišnjak, HDGI, Zagreb, 1994., 10-85 GRAEVINAR 58 (006) 4, 89-99 99