KARAKTERISTIKE BETONA

[Admin]

Kada se cement kao vezivo pomiješa s vodom dolazi do procesa, koji se naziva hidratacijom. Tim procesom odvija se niz kemijskih reakcija između sastojaka ili konstituenata cementnog klinkera, dodanih sulfata (sadra ili gips) i vode, a koje se u odvijanju međusobno preklapaju i čije su brzine različite. Ovakav složeni reakcijski sustav, procesima hidratacije, tijekom vremena se počinje ugušćivati, i to nakon određenog vremena, kada dolazi do nagle promjene i to porasta viskoznosti sustava. Ta nagla promjena i porast viskoznosti sustava definiraju tzv. "početak vezivanja". Do početka vezivanja posljedica kemijskih reakcija izmedu sastojaka cementa i vode je transformacija plastične, fluidne ("kvazi tekuće") obradljive cementne paste u krutu ili čvrstu kamenu sličnu tvorevinu, koja ne pokazuje svojstva fluidnosti i plastičnosti. Kraj vezivanja karakteriziran je pojavom koja se sastoji u stabilizaciji oblika stvrdnute mase cementne paste. Stoga se i prelazak iz fluidno-plastičnog stanja u kruto ili čvrsto, kamenu slično stanje ili solidifikacija naziva jednostavno vezivanjem cementa. Ova solidifikacija posljedica je stvaranja ili formiranja međusobno isprepletenih produkata hidratacije koji čine prolaznu promjenu u cementnoj pasti tijekom njenog prijelaza u konačno stanje, tj. otvrdlu pastu ili cementni kamen. Reakcijski sustav cement - voda, je vrlo složen sustav, koji je sastavljen od velikog broja anhidrida, krutih hidratiziranih spojeva (hidrata) i vodene otopine bogate različitim ionima. U tako složenom reakcijskom sustavu teško je definirati pojedine faze procesa, kao i uvjete uspostave pojedinih ravnotežnih stanja. Ova složenost je i osnovni razlog što se proces hidratacije ne može opisati jednom kemijskom jednadžbom. Hidratacijski procesi u realnim reakcijskim sustavima cementa i vode u odnosu na procese sa sintetiziranim cementnim smjesama čistih klinker minerala, sulfata i vode su različiti i mnogo složeniji, a k tome su još i modificirani zbog prisutnosti drugih minor komponenti. Prisutne alkalije koje prelaze u tekuču fazu utječu na pH, snizuju potrebnu koncentraciju Ca2+- iona za prezasičenje Ca(OH)2 pa ubrzavaju reakcije u ranim fazama hidratacije. Isto tako alkalije utječu i na morfološke promjene C-S-H gela, što se odražava na čvrstoću i druga tehnološka svojstva dobivenog veziva. Reakcijski sustav cement-voda kao vrlo složeni sustav pokazuje karakteristike finodisperznih heterogenih sustava. Brzina reakcije i mehanizmi odvijanja procesa u tim sustavima su usko vezani za granične površine faza. U njima su komponente reakcijske smjese raspodijeljene u dvije ili više faza i reakcije se u njima mogu odvijati u volumenu jedne, jedne i druge ili na granici odnosno sučelju površina faza. Odvijanje procesa obuhvača i kemijsku reakciju i prijenos mase do granične površine reagiranja. Svaki od spomenutih procesa, kako kemijska reakcija tako i prijenos mase, mogu biti složeni i sastavljeni iz više stupnjeva, od kojih onaj čija je brzina najmanja određuje brzinu ukupne reakcije. Zbog svega toga kemijske i fizikalno-kemijske promjene te transformacije koje se javljaju pri hidrataciji cementnih spojeva,a koje se več dugi niz godina istražuju, zaokupljajuci pozornost velikog broja istraraživača u svijetu, ciljaju ka postavljanju teorije o vezivanju i očvršćivanju cementa. Dosadašnje spoznaje o hidrataciji cementa izdvajaju tri teorije koje pokušavaju objasniti taj fenomen koji rezultira hidratacijskim procesima s vezivanjem i očvršćavanjem hidratiziranog cementa.

Poroznost betona

Poroznost betona predstavlja slobodni i nezauzeti volumen ili prostor sastojcima betona kao kompozitnog veziva. Svaki beton je više ili manje porozan i nema apsolutno gustog betona. Pore u betonu javljaju se kao posljedica zračnih mjehuriča koji su zaostali ili su uvučeni pri pripremi te ugradnji betona. Pore mogu biti posljedica samog sastava betona ili pak posljedica isparivanja viška vode kod primjene visoke vrijednosti V/C-faktora i dr. Največe pore nastaju zbog lošeg sabijanja betona. Smanjenje poroznosti klasičnog betona, a time i povečanje mehaničkih svojstava može se poboljšati uz sve druge uvjete pripreme i dodatkom aditiva tipa plastifikatora ili superplastifikatora, koji pored ostalog omogucuju i dobru ugradljivost i obradljivost uz deflokuliranje cementnih čestica i desegregiranje čestica agregata, te drugih dodataka kao npr. SiO2 - prašine.

Tvrdoča betona
Kao i tvrdoča drugih materijala, tvrdoča betona predstavlja otpornost površine betona utiskivanju krutog tijela u njegovu masu (kod metala, metoda po Brinel-u). U praksi se ovo mjerenje provodi pomoču sklerometara,koji se zasnivaju na metodi odskoka. (Ova metoda pomocu sklerometra, može se primijeniti i kao bezrazorna metoda kod odredivanja čvrstoće betona).

Trošenje ili habanje betona

Trošenje ili habanje betona predstavlja značajno svojstvo, koje do izražaja dolazi posebno kada su u pitanju, podovi, betonske pločice, gornji sloj kolovoznih cesta, kao i drugi dijelovi hidrotehničkih konstrukcija preko kojih prelazi vodena struja koja nosi čestice pijeska i na taj način vrši svoj učinak na beton, bilo erozijom bilo kavitacijom. Erozija je značajan način trošenja ili habanja betona, čiji intenzitet ovisi od iznosa, veličine i tvrdoče čestica koje tok vode pokreče i nosi sa sobom, njihove brzine kretanja, prisutnosti vrtloženja i samih svojstava betona. Trošenje če prema tome posebno ovisiti o čvrstoći betona, sadržaju i marki cementa kod priprave betona, granulometrijskom sastavu i vrsti agregata, te V/C-faktoru. Otpornost betona na trošenje može se odrediti na različite naćine, pri čemu se uvijek nastoji simulirati onaj način na koji se abrazija u praktičnoj primjeni betona i provodi. Kod svih postupaka određivanja kao mjerilo trošenja uzima se gubitak mase uzorka betona nakon provedenog postupka abrazijskog djelovanja. Sigurno je i praktično potvrdeno da če u pravilu, betoni večih čvrstoća pokazivati bolju postojanost na trošenje ili habanje.

Vodoupojnost betona

Vodoupojnost betona je svojstvo da beton u dodiru s vodom istu upija u svoju masu.Upijanje vode ovisit če o volumenu pora u betonu, njihovom obliku, dimenzijama i statistickoj raspodjeli i razmještaju. Beton s finim i povezanim porama upija vodu naglašenije od betona čije pore mogu biti po dimenzijama i veče ako one nisu povezane. Isto tako beton s uvučenim zrakom i uz primjenu aeranta manje upija vodu.

Vodonepropusnost betona

Vodonepropusnost betona predstavlja svojstvo betona da se suprostavlja ulazu i propusnosti za vodu, s kojom se osim vode u betonsku masu mogu unijeti i sve druge tvari koje mogu agresivno djelovati na sama svojstva i postojanost betona. Nepropusnost kao antiteza propusnosti od posebnog značenja je kod spremnika za vodu, kao i kod nekih drugih betonskih objekata kao što su vodne ustave ili brane. Vodopropusnost i provlaživanje ima negativni utjecaj na toplinsko-izolacijske karakteristike. Kretanje vode kroz betonsku masu u osnovi je slično kretanju vode kroz bilo koje porozno tijelo. Voda relativno lako prolazi kroz kapilarne pore u odnosu na gel pore. Odnos kapilarnih i gel pora ovisi o nizu faktora, od kojih je od posebnog značenja V/C- faktor. Ako je V/C-faktor visok i iznosi više od 0,7 tada ni teoretski, procesom hidratacije cementnih čestica neče biti popunjene kapilarne pore i one če ostati otvorene. To znaći da ce takvi hidratizirani vezivni kompoziti biti propusni za vodu, a ujedno pokazivati če i vrlo niske čvrstoće. Na vodopropusnost betona ima utjecaja i sami primijenjeni cement, odnosno njegova finoća mljevenja. Uz iste uvjete V/C-faktora, veča finoća cementa uvjetuje manju vodopropusnost. Također, na vodopropusnost utječe i sama prisutnost kamenog agregata, ali manje značajno, jer svako zrno agregata u dobro pripremljenom betonu mora biti potpuno obavijeno cementnim vezivom, tj. hidratizirajučom cementnom masom, kroz koju onda može teže ili lakše prolaziti voda. Prema tome može se reći da ce vodopropusnost nekog betona ovisiti o vrsti i količinskom iznosu upotrijebljenog cementa za pripravu betona, V/C-faktora, vrste i oblika agregata, te kompaktnosti samog betona. Za dobivanje vodonepropusnog betona potrebno je beton pripremiti sa što manje vode, tj. uz što niži V/C-faktor, a da pri tome beton zadovoljava što bolju ugradljivost i obradljivost. Ovom uvjetu se može udovoljiti, primjenom aditiva za smanjenje V/C-faktora i korištenjem pucolanskih dodataka, gdje do izražaja dolazi pucolanska reakcija i dodatno stvaranje C-S-H gela. Također poboljšanje vodonepropusnosti može se postiči i aerizacijom betona čime se u betonsku masu uvode zraćni mjehurici koji prekidaju kapilarne sustave pa osim toga djeluju i na postojanost kod niskih temperatura tj. na stabilnost prema smrzavanju.


Postojanost betona na niske temperature i smrzavanje

Otpornost betona prema zaleđivanju (smrzavanju) definira se kao sposobnost da u stanju zasičenosti vodom podnosi višekratno zaleđivanje i odleđivanje. U pravilu, kompaktniji betoni postojaniji su na niske temperature tj. postojani su prema zaleđivanju i odleđivanju. Razaranje betona zaleđivanjem uzrokovano je promjenom volumena vode, koja pri tome prelazi iz tekučeg u kruto stanje, pri čemu se njen volumen povečava za oko 9 vol.%, a što onda dovodi do naprezanja . Do razaranja strukture betona doci če ukoliko su sile naprezanja zbog zaleđivanja vode i povečanja njenog volumena veče od čvrstoće pri zatezanju cementnog kamena, odnosno maltera u betonu. Na ponašanje betona i njegovu otpornost na zaleđivanje utjecati če svi oni faktori koji djeluju i na njegovu kompaktnost i čvrstoću. Beton otporan na zaleđivanje priprema se kontroliranim doziranjem pojedinih komponenti: cementa, vode i agregata te potrebnih dodataka aditiva tipa plastifikatora i aeranta kao i pravilnom ugradnjom u same betonske objekte. Utjecaj zaleđivanja na svježi beton može a i ne mora uvijek biti posljedica za sami betonski objekat, što ovisi o tome kada je tijekom hidratacije i očvršćivanja došlo do zaleđivanja. Ako se beton koji još nije vezao izloži zaledivanju dolazi do njegovog širenja (nadimanja) tj. povečanja njegovog volumena. Zbog niske temperature brzine procesa hidratacije su smanjene, a i voda u obliku tekučeg reagensa nije više na raspolaganju, dakle dolazi do zaustavljanja hidratacije tj. "blokiranja". Ako se nakon toga tako "napuhana" betonska masa odledi, tj. voda iz stanja leda pretvori u tekuću vodu proces hidratacije če ponovo započeti i nastaviti se. Da se ostvari proces vezivanja i stvrdnjavanja potrebno je tako "odledenu" betonsku masu kompaktirati, a što se postiže vibriranjem, pri čemu zaledivanje neće biti posljedično za konačno stanje i svojstva očvrslog betona, tj. njegovu čvrstoću. Ako se beton koji je več vezao i otvrdnuo podvrgne zaleđivanju i ako pri zaleđivanju dode do razaranja strukture več stvrdnutog betona, nastajanje leda može uzrokovati nepopravljivi gubitak čvrstoće, a time i ostalih svojstava betona. Također, beton izložen niskim temperaturama i zaleđivanju može pokazati i svoju postojanost, što znaći da je hidratacijom realizirao vrijednosti čvrstoća koje su bile veče od naprezanja izazvanih zaleđivanjem. Opčenito bi se moglo reći da ce opasnost od zaledivanja biti manja , a time i postojanost betona na niske temperature biti ce veca ukoliko je hidratacija više napredovala i ukoliko je realizirana to kompaktnija i gušča mikrostruktura cementnog kamena, kao vezivnog hidratiziranog gela u betonskoj masi.

Skupljanje i širenje betona

Skupljanje i širenje betona predstavlja pojavu deformacije u vidu smanjivanja ili povečanja dimenzija u sva tri smjera tijekom vremena. Skupljanje i širenje betona javlja se kao posljedica procesa hidratacije. Tim procesom reaktanti, cement i voda, se transformiraju u konacne produkte koji čine vezivnu tvar u betonu s mikrostrukturom koja je odgovorna za njegova konacna svojstva i postojanost u primjeni. Ukupna deformacija skupljanja opčenito se sastoji iz:



- hidratacijskog skupljanja (kontrakcija i smanjenje volumena produkata hidratacije)
- skupljanja zbog isparavanja vode tijekom vezivanja (plastično skupljanje)
- skupljanja nakon vezivanja (hidraulično skupljanje)

Za karakterizaciju skupljanja betona i posljedica koje mogu zbog toga nastati, od znacaja je tzv. plastično i hidraulicno skupljanje, jer mogu biti uzrokom naprslina i pukotina n površinama betonskih elemenata. Plasticno skupljanje je najizražajnije, ali nije od značaja jer se odvija vrlo brzo i u prvih nekoliko sati hidratacije, tj. dok traje i indukcijski period i kada tek započima vezivanje cementa, odnosno dok još nije razvijena mikrostruktura cementnog kamena u betonu. Plastično skupljanje se javlja kada zbog isparavanja vode dolazi do uguščivanja betonske mase, tj. kada dolazi do zbližavanja čestica sadržanih u svježoj betonskoj masi. Ovi efekti se također mogu efikasno i ukloniti, i to pravilnom i intenzivnom njegom betona (kvašenjem odnosno polijevanjem betona vodom, kako bi se nadoknadilo izgubljenu vodu). Osim skupljanja zbog "sušenja" skupljanje betona može biti izazvano i karbonatizacijom, koja se dogada istovremeno s isušivanjem. Pri tome CO2 reagira s Ca(OH)2. Ova reakcija karbonatizacije moguča je i uz vrlo niski parcijalni tlak CO2, odnosno nisku koncentraciju ugljične kiseline, CO2. Posljedica ovakvog djelovanja CO2 može imati i pozitivne učinke na čvrstoću betona, jer tako iz Ca(OH)2 i CO2 nastaje CaCO3, što dovodi do povecanja gustoće nastale hidratizirane cementne mase pa čvrstoća može i porasti. Povecanjem čvrstoće smanjuje se propusnost betona i njegova stabilnost. Skupljanje betona u kondicioniranim uvjetima ovisit če kako o relativnoj vlažnosti medija ili okoliša u kojem stvrdnjava beton, tako isto i o temperaturi. Skupljanje betona ovisit če i o dimenzijama elemenata, vrsti i iznosu cementa s kojim je pripremljen beton, V/C-faktoru, granulometriji agregata, načinu ugradnje betona, starosti betona u trenutku početka njegova sušenja i uklanjanja slobodne vode iz hidratizirane mase. Na skupljanje takoder, utječe i finoća mljevenja cementa. Veča finoca mljevenja, veče skupljanje, veči V/C-faktor takoder vece skupljanje posebno tzv. hidraulicko skupljanje. Uzroci promjene dimenzija betona, dakle, mogu biti različiti. I promjena temperature izaziva stezanje ili rastezanje betonske mase. Isto tako na promjenu volumena mogu utjecati i različita opterečenja. Dugotrajna opterečenja mogu izazvati i tzv. "puzanje" betona. Kako je več spomenuto promjena vlažnosti izaziva skupljanje i širenje (bubrenje). Skupljanje je posebno izražajno tijekom vezivanja cementa u betonu, zbog naglog gubitka i vezanja vode iz slobodnih prostora između konstituenata u strukturi svježeg betona.