Mogućnost rada u zimskim uslovima

Tehnološki razlozi nameću ubrzano očvršćavanje betona u uslovima industrijskog građenja objekata kao i na gradilištima u zimskom periodu. Radovi se u zimskim uslovima prekidaju zbog problema u tehnologiji betona. Na temperaturi ispod 5^oC proces hidratacije se veoma usporava, a na -10^oC potpuno prestaje. Pri kasnijem podizanju temperature nastavlja se proces hidratacije. Kao rezultat svega dobija se beton slabih karakteristika.

U sledećoj tabeli je prikazano kako temperatura spoljne sredine utiče na usporavanje procesa hemijskih reakcija u betonu (iskazano preko postignutih čvrstoća pri pritisku posle 28 dana).

t(oC)	20	5	0	-5
%MB	100	70-80	40-50	6-12

Osnovni problem pri zimskom betoniranju nastaje zbog zamrzavanja vode u betonu i usporavanje i prekidanje procesa hidratacije cementa. Zamrznuta voda povećava svoju zapreminu za 9% pri čemu se narušava struktura još nedovoljno očvrslog betona. Prestaje prirast čvrstoće betona, dolazi do nepovratnog gubitka konačne čvrstoće betona, čak i pri kasnijem održavanju betona u povoljnim uslovima. Snižava se i otpornost betona na dejstvo mraza i narušava se athezija betona sa armaturom. Kakav će uticaj mraza biti na svež i očvrsli beton zavisi od starosti betona u vreme početka delovanja niskih temperatura.

•  Do početka vezivanja delovanje mraza na beton ne mora da izaziva štetne posledice (pod uslovom da se sprovedu i posebni postupci). Ukoliko se beton u ovoj fazi brzo zamrzne i posle tačno utvrđenog perioda otapanja izvrši ponovno vibriranje, on može u uslovima dalje normalne nege da postigne očekivani prirast čvrstoće.

•  U periodu između početka i kraja vezivanja dejstvo mraza ima negativne posledice na beton. Sa obavljenom kristalizacijom u međuprostorima se razvijaju unutrašnje sile sa kojima se ruši struktura nedovoljno očvrslih betona. Posledice ovakvog delovanja je smanjenje čvrstoće na pritisak, povećanje poroznosti i smanjenje otpornosti na agresivno dejstvo spoljne sredine.

•  U periodu posle početka vezivanja dejstvo mraza na beton zavisi od postignute čvrstoće na pritisak u momentu zamrzavanja betona. Ukoliko je postignuta određena kritična čvrstoća betona, on u kasnijoj eksploataciji ostaje otporan na štetno dejstvo mraza i može da postigne potrebne karakteristike.

U sledećoj tabeli daju se vrednosti kritične čvrstoće betona, u zavisnosti od marke betona, kao i potrebno vreme nege betona u povoljnim uslovima, da bi se postigle tražena čvrstoća pri pritisku.

Marka betona	Kritična čvrstoća %MB      MPa	Potrebno vreme nege betona (u danima) pri t = 15 – 20oC
10	50 5	5-7
20	40 8	3-5
30	35 10	2-2.5
40	30 12	1.5-2

 

Postoje raznovrsne metode koje se primenjuju pri izvođenju betonskih radova u zimskim uslovima. Izbor metoda zavisi od dimenzija i vrste konstrukcije, od očekivanih spoljnih temperatura, primenjivanog cementa, mogućnosti korišćenja izvora toplote, nabavke hemijskih dodataka, pogodne oplate i dr. Pored obezbeđenja uslova za primenu pojedine metode, potrebno je izvršiti i ekonomsku analizu opravdanosti izbora i primene odgovarajuće metode izvođenje betonskih radova u zimskim uslovima.

Metode ubrzanog očvršćavanja betona mogu se podeliti na:

I Tehnološke

II hemijske

III Fizičke

IV Kombinovane

 

I Tehnološke metode ubrzanog očvršćavanja

Upotrebom cementa visokih klasa može se postići čvrstoća betona u starostima od jednog dana veća za 30-70%. Veći relativni prirast čvrstoća u starosti od jednog dana može se ostvariti i povećanjem dozaže cementa, ali je taj doprinos skromniji. Dopunskim mlevenjem cementa (po suvom ili mokrom postupku) do finoće 5000-6000 cm²/g može se povećati jednodevna čvrstoća betona pri pritisku za 50-100%. Nešto slabiji efekat se postiže viboaktivacijom, odnosno vibromešanjem (40-70%).

Smanjnjem količine vode se ne postiže samo relativno veća čvrstoća betona, već i povećan relativni prirast čvrstoće (naročito početne čvrstoće).

Još veći efekat se može postići primenom plastifikatora i superplastifikatora koji omogućavaju redukciju količine vode za spravljanje betona.

Agregat može u manjoj meri, takođe da doprinese ubrzanom očvršćavanju betona. To se može postići smanjenjem učešća sitnog agregata u mešavini frakcija i upotrebom opranih frakcija. Povoljan efekat se može očekivati od primene dobro opranih krupnih frakcija drobljenog agregata.

Navedene mere se mogu uspešno primenjivati samo uz dobro zbijanje betonske mešavine. Vibriranju treba posvetiti posebnu pažnju.

Dobre rezultate daju i postupci vakumiranja i centrifugiranja kao i revibriranja betona.

 

II Hemijkse metode ubrzanog očvršćavanja betona

Dodaci betonu za ubrzano očvršćavanje mogu doprineti povećanju jednodevne čvrstoće za 50-200%, što zavisi od vrste dodatka betonu, kao i od vrste cementa. Kalcijum-hlorid jače utiče na povećanje ranih čvrstoća kod bogatije doziranih betona sa niskim w/c nego kod mršavijih mešavina. Ovako veliki doprinosi ubrzanju očvršćavanja može se pripisati povećanju disperzije cementnih čestica u rastvoru usled elektrolitskog dejstva, kao i povećanju rastvorljivosti klinkernih minerala i odgovarajućem zasićenju rastvoa.
Opisane procese prati ubrzano stvaranje etringita i hidratnih silikata, koji obrazuju osnovnu čvrstu strukturu betona. Najpoznatiji ubrzivač je tehnički kalcijum hlorid (C_aCl₂), ali se primenjuju i mnogi drugi sa različitim komercijalnim nazivima od kojih su neki sa hloridima, a neki bez njih. Nepovoljna strana primene C_aCl₂ (i drugih dodataka na bazi hlorida) je što može da razori pasivnu skramu na površini armature i tako otvori put koroziji armature u betonu. Neki propisi ograničavaju doziranje C_aCl₂ za armirani beton na 2% od mase cementa, a preporučuje se istovremeno dodavanje N _aNO₃ (šalitra) kao inhibitora korozije.

Pri dodavanju C_aCl₂ doziranje mora biti veoma brižljivo. Proračunavanje potrebne količine C_aCl₂ može se obaviti na osnovu pretpostavke da će jedan procenat C_aCl₂ (prema težini suvog cementa) uticati na tempo stvrdnjavanja isto onoliko, koliko utiče povišen atemperatura za 6^oC. Može se reći da je obično dovoljna količina od 1-2% kalcijum hlorida. Vrednost od 2% se može prekoračiti samo onda, kada se izvrši potrebna eksperimentalna provera sa datim cementom, sa kojim će se obaviti betoniranje, jer uticaj kalcijum hlorida u nekoliko zavisi i od sastva cementa. To se pre svega odnosi na vreme vezivanja. Kalcijum hlorid uglavnom ubrzava vezivanje, pa bi suviše velika količina mogla prouzrokovati munjevito vezivanje betona.

Težina kalcijum hlorida izražena u % od mase cementa	Skraćenje vremena vezivanja min
0.1	15
0.3	25
0.5	45
1.0	85

Primena ubrzivača koji sadrže hloride se zabranjuje za spravljanje betonske mešavine za prethodno napregnuti beton. C_aCl₂ pojačava skupljanje betona u suvom za 10-15%. C_aCl₂ daje povoljne efekte pri zaparivanju betona.

 

III Fizičke metode ubrzanog očvršćavanja betona

Ova grupa postupaka za ubrzavanje očvršćavanja betona zasniva se na unošenju toplote u betonsku mešavinu pre njenog ugrađivanja ili na prenošenju toplote spolja na tek izrađene betonske elemente u kalup. Tako unete toplota, kao katalizator, ubrzava hemijske procese pri hidrataciji i očvršćavanju betona.

•  Prethodno zagrevanje komponenti betona i betonske smeše (pre ugrađivanja)

•  Zaparivanje betona i autoklaviranje

•  Elektrozagrevanje ugrađenog betona

•  Zagrevanje infracrvenim zračenjem

•  Indukciono zagrevanje betona u elektromagnetnom polju

•  Zagrevanje u termoaktivnoj oplati

 

IV Kombinovane metode

Mogućnosti formiranja kombinovanih metoda su različite. Njihovo nastajanje i primene uslovljeni tehnoekonomskim zahtevima u tehnologiji zimskog betoniranja, a u okviru ograničenja koja postoje za realizaciju konkretnog posla.

 

Da bi se betonski radovi izvodili u zimskim uslovima, treba da razrade sledeća područja:

•  tehnologija proizvodnje i transporta sveže betonske mase kojom se obezbeđuje i postizanje potrebne temperature smeše na izlazu iz mešalice i na mestu ugradnje betona.

•  utvrđivanje postupaka i temperaturnih režima održavanja betona

•  primena hidro i termo izolacionih materijala za utopljavanje oplate i otkrivenih betonskih površina

•  definisanje potrebne čvrstoće betona u vreme skidanja oplate

•  utvrđivanje vremena i postupaka skidanja oplate i opterećivanja konstrukcije

•  planiranje potrebnih mera zaštite na radu pri izvođenju betonskih radova u zimskim uslovima

Pri izvođenju radova na temperaturama ispod 5^oC već kod sastavljanja mešavine mora se voditi računa.

•  treba koristiti cementa viših klasa, veće količine cementa, cemente sa finijim mlivom, cemente sa bržim prirastom čvrstoća i sa što manjim sadržajem dodataka.

•  vodocementni faktor treba da je što niži

•  primenjivati dodatke – antifrize. Oni snižavaju temperaturu zamrzavanja tečne faze i omogućavaju otvrdnjavanje betona pri niskim temperaturama. Danas se kao hemijski dodaci koriste hlorne soli (veoma retko zbog štetnog uticaja hlorida na armirani beton), natrijum nitriti, potaša i mnogi drugi kompleksni dodaci. Ovakvi betoni se u praksi nazivaju hladni betoni jer se ugrađuju i bez primene toplotne izolacije i bez zagrevanja betonske smeše. To što se ovakvi betoni ne zamrzavaju na niskim temperaturama pri kojima se izvode betonski radovi objašnjava se sposobnošću vodenih rastvora da regulišu koncentraciju.

Pri niskim temperaturama se deo vode transformiše u led, a koncentracija ostalog rastvora se povećava. Pri sledećim temperaturama i koncentracijama rastvora ceo sistem vodenog rastvora s etransformiše u led i kristale veziva: NaCl pri -21.2^oC i pri koncentraciji rastvora 23.3%, K₂CO₃ pri -36.5^oC i koncentraciji rastvora 40.8%, N _aNO₂ pri -19.6% i koncentraciji rasvora 28.0%. Zbog ove osobine betoni sa protivmraznim dodacima otvrdnjavaju i na niskim temperaturama. Na osnovu izvršenih istraživanja i graditeljskog iskustva, preporučuje se da beton sa hlornim solima ili natrijum nitritom ne otvrdnjavaju na temperaturama nižim od -15^oC, a betoni sa potašom na temperaturama ispod -25^oC.

Kritična čvrstoća ovih betona koju treba obezbediti u momentu zamrzavanja je znatno niža u odnosu na betone bez hemijskih dodataka.

U sledećoj tabeli su date karakteristične čvrstoće u momentu zamrzavanja za betone sa protiv mraznim dodacima.

Marka betona	Minimalna potrebna čvrstoća pri pritisku u momentu zamrzavanja
%	MB	MPa
20	30	6.0
30	25	7.5
40	20	8.0

Vrsta protiv mraznih dodataka i njegova koncentracija određuju se prema računskoj temperaturi spoljnjeg vazduha, tipu konstrukcije i uslovima eksploatacije. Za određeni vremenski period građenja i za određeno geografsko područje koriste se tablice računskih temperatura. Koncentracije rastvora ne treba da se uvećavaju zbog rizika nižih temperatura zbog tehnoloških i ekonomskih razloga. Betoni sa hemijskim protiv mraznim dodacima deluju pri pozitivnim temperaturama kao ubrzivači očvršćavanja.

Za beton je najpovoljnije da vezuje na temperaturi od 7-21^oC, a pri tome je bitno da njegova temperatura tokom prva tri dana po betonranju ne opadne ispod 10^oC. Najpovoljnije su temperature do 21^oC i da se ako je moguće ta temperatura održava tokom što dužeg perioda.