DRAVNI UNIVERZITET U NOVOM PAZARU

SEMINARSKI RAD

Trajnost betona i betonskih konstrukcija

DEPARTMAN ZA TEHNIKE NAUKEODSEK : GRAEVINARSTVO

Student : Mentor : aboti Elvedin 08-005/11 Dr Nazim Mani

SADRAJ

Uvod3Oblici propadanja konstrukcija5Uticaj temperature na trajnost betona i betonskih konstrukcija6Tehnoloki faktori trajnosti betona7Uticaj izvoenja na trajnost11Trajnost konstrukcija sa odravanjem i bez odravanja11ZAKLJUAK12LITERATURA13

Uvod

Sposobnost betona,odnosno betonskih ili armiranobetonskih konstrukcija,da podnesu sve tetne efekte sredine i da na zadovoljavajui nain slue projektovanoj nameni tokom oekivanog vremena eksploatacije,obino se definie kao trajnost betona,odnosno betonskih konstrukcija. Trajnost betonskih konstrukcija je od prvorazredne vanosti u svim inenjerskim aspektima,a zadovoljavajue funkcionisanje objekta mora da bude osigurano tokom itavog eksploatacionog veka.Osiguravanje eljene trajnosti betona,odnosno konstrukcija od betona u agresivnoj sredini nije nimalo lako postii i zahteva izuzetnu panju,do najsitnijih detalja,tokom projektovanja,izvoenja i eksploatacije konstrukcija.Dakle,betonske konstrukcije izloene su u eksploataciji razliitim destruktivnim uticajima koji delujui na materijale beton i armaturu bitno opredeljuju vek trajanja objekata.To znai da se tokom eksploatacije objekata u pojedinim sredinama ove sredine mogu ponaati agresivno u odnosu na date objekte,tako da u optem sluaju,kao rezultat interakcije sredina objekat,moe da dodje do pojava vrlo znaajnih oteenja,pa i potpunih razaranja konstrukcija.Ovakve se pojave,bez obzira na mehanizam njihovog nastanka,najee definiu optim nazivom korozija.Ukupni efekti navedenih destruktivnih procesa, dakle , zavise od karakteristika predmetne agresivne sredine, ali ,isto tako,oni su funkcija unutranje otpornosti upotrebljenih materijala (betona i elika).Betonske konstrukcije u najveem broju sluajeva mogu da budu tako koncipirane (po konstrukcijskom reenju i upotrebljenim materijalima) i izvedene,da poseduju sopstvenu (unutranju) otpornost prema pojedinim agresivnim uticajima.To znai da se na podruju betonskih konstrukcija samo u retkim i specifinim sluajevima moraju primenjivati odreena reenja spoljanje zatite konstrukcija,to podrazumeva korienje nekih posebnih zatitnih materijala (povrinski premazi,oblaganje i drugo).Meutim, da bi se u svakom konkretnom sluaju mogla doneti odluka o izvoenju ili neizvoenju ovih posebnih zatita,treba u potpunosti determinisati karakteristike date sredine,ali,osim toga treba i potpuno ovladati funkcijom unutranje korozione otpornosti betona,kao i funkcijom korozione otpornosti elika.

Pod ovim se u optem sluaju podrazumeva poznavanje niza uticajnih parametara,a to su u optem sluaju: hemijske,fizike i mineraloke karakteristike agregata hemijske,fizike i mineraloke karakteristike cementa,kao i hemijsko-mineraloke karakteristike odgovarajueg cementnog kamena zavisnost izmeu sastava betonske meavine i svojstava ovrslog betona (uticaj agregata,cementa,vode i eventualnih dodataka betonu na njegova fiziko-mehanika i druga svojstva) makro i mikrostruktura ovrslog betona eventualni defekti i nehomogenosti strukture betona u okviru konstrukcijskih elemenata mehanizam korozije elika i korozione otpornosti pojedinih vrsta armature.Na osnovu svega napred izloenog moe se izvesti zakljuak da trajnost betona i betonskih konstrukcija zavisi od izvanredno mnogo uticajnih faktora.Meutim,bez obzira na kompleksnost pitanja o kojima je re,kao nesumnjiva ipak stoji injenica da trajnost direktno zavisi od karakteristika upotrebljenih materijala (u sluaju cementa to znai od prirode produkata hidratacije),kao i od ostvarene strukture ovrslog betona.

Oblici propadanja konstrukcija

Najvei neprijatelj betonskih konstrukcija je sve vea primena soli za odmrzavanje kolovoza,usled ega su najvie ugroene mostovske konstrukcije,ali i druge konstrukcije i objekti na putevima,odnosno uz puteve (kolovozi,ivinjaci,potporni zidovi,tuneli i dr.).U uslovima arkih klimata korozija armature u betonu uslovljena je kako spoljnim,tako i u unutranjim faktorima.U prvom sluaju je re o znaajnoj koncentraciji hlorida,pre svega u blizini morske obale,u tlu,u podzemnoj vodi,u morskoj vodi i u atmosferi.U drugom sluaju u pitanju je vei sadraj soli u agregatu,odnosno u vodi za spravljanje betona,a eventualno i u cementu,odnosno aditivima (ubrzivai na bazi hlorida).Trajnost konstrukcija od betona,moda ne u tako ozbiljnoj meri kao hloridi,ugroavaju i sulfati,putem tzv. sulfatne korozije betona.I ova vrsta korozije najvie je izraena kada su u pitanju konstrukcije u blizini mora,ali isto tako i u kopnenim podrujima bogatim sulfatima.Kao to je poznato,pod sulfatnom korozijom betona podrazumeva se agresivno hemijsko delovanje sulfata sa trikalcijumaluminatom u prisustvu vlage ,pri emu dolazi do stvaranja ekspanzivnog jedinjenja,poznatog pod nazivom etringit.Jo jedan oblik fiziko-mehanike dezintegracije betona,koji na prvi pogled podsea na sulfatnu koroziju,takoe je esto prisutan u arkim suvim klimatima,pre svega u pustinjskim terenima.Re je o mehanizmu kristalizacije soli u pornim prostorima betona,najee neposredno iznad nivoa terena,praene pritiscima,sa pojavom najpre manjih,zatim sve veih i veih prslina-pukotina i prateeg razaranja povrinskih delova betona.Ostali oblici dezintegracije betona i betonskih konstrukcija u arkim klimatima povezani su sa pojavom prslina usled skupljanja,prslina usled temperaturnih razlika i usled razliitog termikog irenja agregata i cementnog kamena,kao i opasna,ali sreom ne tako esta,pojava alkalno-silikatne reakcije.

Uticaj temperature na trajnost betona i betonskih konstrukcija

Uticaj povienih temperatura na trajnost betona i betonskih konstrukcija,prvenstveno se ogleda u sledeem: u poveanoj poroznosti cementne paste i betona,usled poveane koliine vode radi dobijanja odgovarajue,potrebne obradljivosti u ubrzanoj poetnoj hidrataciji cementa,koja za posledicu ima nepovoljniju strukturu pora u cementnoj pasti, tj. stvaranje krupnijeg pornog sistema u poveanom riziku od pojave prslina usled plastinog skupljanja,skupljanja usled suenja,temperaturnih razlika i usled nekompatibilnosti termikog irenja agregata i cementnog kamena; osim povienih temperatura,na pojavu prslina usled skupljanja,bitno utie i niska relativna vlanost vazduha,odnosno esti vetroviPrema saznanjima velikog broja svetskih eksperata, pre svega onih koji su ukljueni u rad pojedinih svetskih asocijacija na podruju betona i armiranog betona,armirani beton propada alarmantnom brzinom u arkim,solima prebogatim,priobalnim podrujima Bliskog i Srednjeg Istoka i Junog Mediterana.Najvei broj armiranobetonskih konstrukcija,izgraenih u ovim klimatskim regionima,jedva da doeka 15-20 godina pre prvih ozbiljnih sanacija,odnosno ruenja. Tablica 1. -Faktori koji utiu na trajnost betona na Srednjem IstokuKlimatski uslovi i uslovi sredineEkstremno suvi ili suvi sa: velikim odnosom isparenje/taloenje intenzivnom sunanom radijacijom brza promena vlanosti (do 70% na dan) velike temperaturne razlike

Hidro-geoloko-morfoloki uslovi i materijali visoki nivo slane podzemne vode u priobalnom delu koncentracija nadzemnih tokova iz kojih isparava voda

Obuenost (vetina) uesnika na poslu i ostalo enormni rast i brzina gradnje navala neiskusnih radnika i majstora visoke investicije u private projekte to je iziskivalo brzo izvoenje i skraivanje rokova izgradnje slaba obuenost i neiskustvo angaovanog osoblja

Tehnoloki faktori trajnosti betona

Zapreminska masa (gustina)Kako pokazuju mnogobrojna ispitivanja,praktino sve fiziko-mehanike karakteristike betona,a to svakako vai i za njegovu trajnost,mogu da se dovedu u funkcionalnu zavisnost sa zapreminskom masom,odnosno gustinom.Prema tome,cilj kome treba teiti pri proizvodnji betona i pri izvoenju betonskih konstrukcija bie ostvarivanje to je mogue veih vrednosti zapreminskih masa.Visoke zapreminske mase dobie se izborom najpovoljnijeg granulometrijskog sastava agregata,usvajanjem dovoljne koliine cementa i estica sitnijih od 0,25 mm korienjem to je mogue niih vrednosti vodocementnog faktora.U zavisnosti od zahtevane marke betona,koja na odreeni nain moe da se tretira i kao pokazatelj trajnosti betona,u naim uslovima moe se smatrati da su u vanosti sledee zavisnosti:Zahtevana marka betona (MB)Minimalna zapreminska masa sveeg ugraenog betona ()

502450

402400

302350

202300

Prema naim iskustvima,beton garantovane trajnosti u razliitim agresivnim sredinama moe se oekivati samo pri zapreminskim masama u sveem stanju od preko 2400 )Ako je poznata zapreminska masa betona u sveem ugraenom stanju ,a njegova zapreminska masa nakon ovravanja ,a za sluaj stepena hidratacije cementa ,bie:

(

Dakle,vidi se da je zapreminska masa betona u sveem ugraenom stanju pri navedenim uslovima direktno zavisna od koliine vode.Ako se uzme u obzir i uticaj koliine vode na formiranje kapilarnih pora u betonu,postaje jasno zbog ega su zapremisnke mase betona uvek garant njegove vee trajnosti.

Upijanje vodeKao i zapreminska masa,i upijanje vode je odreena funkcija poroznosti betona,pa se na bazi merenja koliine upijene vode mogu izvlaiti zakljuci i davati prognoze po pitanju trajnosti betona.Prilikom ispitivanja upijanja vode primenjuju se uglavnom dve metode: metoda postupnog potapanja i metoda kapilarnog upijanja.Mada je vrlo teko uspostaviti sasvim pouzdanu korelaciju izmeu upijanja vode i trajnosti betona,ipak se moe rei da kod betona od kojih se trai zadovoljavanje uslova trajnosti,upijanje vode ne bi trebalo da bude vee od 5%.Prema naim iskustvima ovaj stepen upijanja vode obino imaju samo betoni sa vodocementnim faktorima 0,40-0,50.VodopropustljivostKapilarne pore u betonu su osnovni inilac njegove vodopropustljivosti,odnosno vodonepropustljivosti.Vodonepropustljivost betona u znaajnoj meri zavisi od homogenosti betona,prisustva prslina,hemijskog sastava vode i dr.Poboljanje vodonepropustljivosti moe se postii i dodavanjem betonu razliitih prakastih materijala sa pucolanskim svojstvima.Od betona treba zahtevati odreen stepen vodonepropustljivosti i u onim sluajevima kada on u eksploataciji nije direktno izloen delovanju vode pod pritiskom.Ovo je neophodno iz razloga obezbedjenja trajnosti konstrukcija,poto se ostvarivanjem vodonepropustljivosti obezbeuje i otpornost betona na delovanje niza agresivnih faktora koji su prisutni pri eksploataciji objekata u pojedinim sredinama.Moe se uzeti da e trajnost betona u optem sluaju biti zadovoljavajua samo ako se ispune uslovi za marku vodonepropustljivosti V-6 saglasno standardu JUS U.M1.015 (za mostovske konstrukcije V-8).Ukoliko se pak,vodonepropustljivost betona definie u skladu sa odredbama standarda DIN 1048,minimalna vodonepropustljivost treba da odgovara prodoru vode do dubine max. 5 cm (ovo se odnosi na sluaj slabo agresivne sredine,dok se pri viim stepenima agresivnosti moe tolerisati samo dubina prodiranja od max. 3 cm).Tabela 2. - Poreenje vodopropustljivosti stena i cementnog kamena :

Vrsta steneVodocementni faktor cementnog kamena iste vodopropustljivosti

Kompaktan porfir0.38

Mermer0.48

Granit0.70

Pear0.71

Otpornost na dejstvo mraza

Marka otpornosti betona na dejstvo mraza saglasno standardu JUS U.M1.016 odreuje se prema klimatskim uslovima date sredine,odnosno prema broju naizmeninog smrzavanja i odmrzavanja betona u toku zimskog perioda.U vezi sa tim,mogu se koristiti sledei podaci:Tabela 3. - Definisanje marke otpornosti betona na dejstvo mrazaKlimatski uslovi na lokaciji graenja betonske konstrukcijeBroj naizmeninih promena nivoa vode u kontaktu sa povrinom betona,odnosno broj ciklusa naizmeninog smrzavanja odmrzavanja u toku jednog zimskog perioda

Do 5050-7575-100

UmereniM - 50M 100M 150

SuroviM - 100M - 150M - 200

Otpornost betona na dejstvo mraza moe da se shvati i kao jedan od generalnih pokazatelja trajnosti betona,tako da odreenu otpornost u ovom smislu treba zahtevati i u onim sluajevima kada beton nije neposredno izloen ovom tipu agresije.Smatra se da e trajnost betona u optem sluaju biti zadovoljena ako se ispune uslovi za marku otpornosti na dejstvo mraza min. M 100,(za mostovske konstrukcije min. M 150).

Homogenost

Razmatranja pitanja homogenosti betona ovde e se podrazumevati samo takvi defekti u strukturi betona kao to su depovi ispod krupnih zrna agregata,nastavci betoniranja,mesta segregacije i slino.Da bi se izbegle nehomogenosti,poterbno je u celokupnom lancu tehnolokog procesa proizvodnje i ugraivanja betona primenjivati odreene preventivne mere.Potrebno je posvetiti panju projektovanju sastava betona,sprovesti dovoljno dugo meanje komponenata betona,primenjivati takve postupke transporta koji e u potpunosti iskljuiti mogunost segregacije mase betona,koristiti oplatu koja e svojom podmazanou iskljuiti mogunost zadravanja vazdunih mehuria na kontaktu beton-oplata i sl.Samo ako se posveti velika panja ispunjavanju svih navedenih uslova,moe se oekivati da e konkretna betonska konstrukcija u eksploataciji imati zadovoljavajuu trajnost.;u protivnom defektna mesta u betonu predstavljae opasnost u smislu iniciranja korozionih procesa koji mogu da ugroze vek trajanja objekta.

PRSLINE

Prsline u betonu predstavljaju najizrazitije strukturne defekte i diskontinuitete u odnosu na njegove mehanike i deformacione karakteristike.Osim to su od uticaja na sva fiziko-mehanika svojstva,one utiu i na trajnost betona i betonskih konstrukcija.To se moe objasniti injenicom da prisustvo prslina otvara put za prodor vode,agresivnih tenosti i gasova u strukturu betona,pa se time umanjuje njegova koroziona otpornost i trajnost-pogorava se otpornost na dejstvo mraza,dovodi se u pitanje zatita armature od korozije,prua se mogunost delovanja hemijski agresivnih agenasa na irem frontu i drugo. Otvori prslina mogu da budu vrlo razliiti,pa je ispravnije o prslinama govoriti samo ako njihovi otvori nisu vei od 0,3 mm,u sluaju veih otvora,adekvatniji termin bi bio pukotine.

Slika 1. Prsline u betonuUticaj izvoenja na trajnost

Nijedan nain gradnje nije idealan:

Monolitni: radi se na mestu pa je zbog klime ili visine ili nekog slinog uslova,tee postii eljeni kvalitet potrebno je uzeti u obzir deformacije skele,te odrediti nadvienja sl.

Montani: problem spajanja,naroito kod dinamikog optereenja tenja za lakim konstrukcijama kod transporta manji zatitni sloj

Trajnost konstrukcija sa odravanjem i bez odravanja

Slika 2. Trajnost konstrukcija u zavisnosti od odravanja

ZAKLJUAK

S obzirom na sve do sada izloeno,proizilazi da beton ne predstavlja trajan materijal i da se ne moe prihvatiti esto navoena teza da je vek trajanja betona,nezavisno od uslova eksploatacije i preko sto godina.Pored ovoga,treba se potpuno osloboditi iluzije da zatitini slojevi betona za elik u okviru armiranobetonskih i prednapregnutih konstrukcija uvek predstavljaju dovoljnu i dugotrajnu zatitu od korozije.Prema tome,konstrukcija od armiranog i prednapregnutog betona nisu neogranieno trajne i da bi u optem sluaju bile obezbeene njihove eksploatacione performanse,moraju se uvek preduzimati odreene mere u cilju njihove unutranje,a ponekad i spoljanje zatite od agresivnog delovanja konkretne sredine.Treba samo napomenuti da su ove mere neophodne kako u fazi projektovanja i izvoenja,tako i tokom eksploatacije,kada je od bitne vanosti da se duna panja usmeri na pravilno odravanje objekata.Ukoliko se pri projektovanju i graenju vodi rauna o svim uslovima u kojima e konkretna konstrukcija biti eksploatisana,moe se oekivati da e trajnost takve konstrukcije odgovarati vremenskim pokazateljima datim u tabeli:Tabela 4. Oekivani ivotni vek konstrukcijaVrsta konstrukcijaOekivani ivotni vek (god.)

Aerodromske piste30-50

Mostovi100

Brane50-100

Stambene zgrade60

Luke80

Industrijski objekti25-50

Administrativni,trgovaki i drugi slini objekti50-100

Ako se pak,eli vea trajnost,moraju se primeniti i posebne mere spoljanje zatite kombinovane sa pravilnim i efikasnim odravanjem.Ukoliko se ne postupi na ovaj nain,po isteku godina eksploatacije prikazanih u tabeli,na konstrukciji e neminovno biti potrebne odreene sanacione intervencije.

LITERATURA

1. Mihailo Muravljov Osnovi teorije i tehnologije betona2. Sekula ivkovi Beton u arkim klimatima3. Jure Radi Trajnost konstrukcija2