VALJANI BETONI (ROLLER COMPACTED CONCRETE)
Istorijski razvoj valjanih betona (RCC)
Prema ACI 207 "Valjani beton predstavlja novi koncept transporta, ugradnje i zbijanja betona sa sleganjm nula u svežem stanju korišćenjem opreme za zemljane i kamene nasipe". To je suv betonski materijal koji se konsoliduje spoljnim vibriranjem, koristeći vibro–valjke. Od klasičnog betona se razlikuje po konzistenciji; za efikasno zbijanje valjani beton mora biti dovoljno suv da nosi težinu vibo–opreme, ali i dovoljno vlažan da dopusti odgovarajuću distribuciju veziva kroz masu u procesu mešanja i vibriranja. Brzina ugradnje je mnogo veća, a cena mnogo niža u odnosu na klasičan beton. Od granulisanog šljunka stabilizovanog cementom, valjani beton se prvenstveno razlikuje po tome što sadrži krupni agregat i razvija svojstva slična klasično ugrađenom betonu.
Koncept valjanog betona je nastao 60-tih godina kombinovanjem ekonomičnosti i brzine građenja nasutih brana sa sigurnošću betonskih brana. U proteklih 40 godina, od nastanka ideje o građenju brana od valjanog betona, probnih građevina 70-tih godina, preko prvih brana početkom 80-tih i uspešno završenih velikih brana krajem 80-tih godina, do građenja brana visine preko 200 m, valjani beton je prešao put od ideje do opšte prihvaćene metode građenja brana. Ovde se daje pregled nekih velikih projekata izvedenih od valjanog betona.
Početkom 60-tih godina u Italiji, pod rukovodstvom Giulia Gentile-a, započinje izgradnja 172 m visoke brane Alpe Gera kod koje je primenjeno ekonomisanje sa količinom cementa za mešavinu od koje je izgrađen veći deo jezgra brane u kojem su smičući naponi bili mali. Mešavinu za jezgro jesu dopremali kamioni, kako je kasnije i građena većina objekata na bazi RCC-a, ali je ona klasično ugrađivana masivnim pervibratorima montiranim na ram dozera koji je mešavinu razastirao.
1960. godine John Lowe III prvi put primenjuje termin rollcrete za materijal koji je primenjen za izradu jezgra brane Shihmen (Taiwan). Da bi iskoristili peščar koji je na deponijama zbog kiša suviše ovlažio, graditelji su mu, na 1 m3 , dodavali džak cementa i džak letećeg pepela, razastirali ga u slojevima po 30 cm i zbijali kretanjem transportnih sredstava i teških dozera koji su ujedno vršili razastiranje.
1965. godine na maloj brani Quebeck-a (Kanada) mršavu betonsku mešavinu jezgra razastiru dozeri a uzvodno i nizvodno lice se ojačavaju protiv dejstva vode i atmosferalija primenom oplate i prefabrikovanih blokova, posmatrano respektivno. Ušteda, poredeći sa varijantom iste brane koja bi bila izgrađena od klasičnog betona, je bila za to vreme neočekivana: 20% u novcu i preko 60% u vremenu.
Pored ovih primera tipičan primer su i brane u SAD – Willow Creek, prva brana izgrađena u potpunosti od valjanog betona 1982. godine, kao i Upper Stillwater jedna od najvećih brana od valjanog betona visine 90 m i zapremine 1281000 m 3 od čega je 88% valjani beton.
Sa druge strane, u Japanu je razvijen RCD (Rolled Concrete Dam) metod, gde se valjani beton ugrađuje u 3-4 sloja i zbija u debljim slojevima (70-100 cm).
Konstitutivni materijali u RCC
Uvod
RCC se može napraviti sa svim osnovnim tipovima cementa kao i svim poznatim kombinacijama cementa i pucolana.
Čvrstoća RCC-a primarno zavisi od kvaliteta i čvrstoće agregata, stepena zbijanja i odnosa cementa i pucolana sa vodom. Tip cementnih materijala ima najznačajni uticaj na stepen hidratacije i stepen razvoja čvrstoće a samim tim najznačajniji uticaj na rane čvrstoće betona.
Cement
Valjani betoni se mogu napraviti sa bilo kojom vrstom cementa ili kombinacijom cementa i pucolana. Odabir cementujućih materijala za hemijsku otpornost na sulfate i potencijalnu alkalnu reaktivnost se mora pažljivo vršiti i planirati.
Čvrstoća valajnih betona primarno zavisi od kvaliteta agregata, stepena zbijanja i odnosa cementa pucolana i vode. Tip cementujućih materijala ima značajan efekat na stepen hidratacije i stepen razvoja ranih čvrstoća. U starostima većim od 28 dana pokazalo se da cementi sa sporijim prirastom imaju veće konačne čvrstoće.
U razmatranje se mora uzeti u obzir i generisanje toplote hidratacije u masi valjanog betona. Preporučljiva je upotreba cemenata niskih toplota hidratacije i maksimalnih količina pucolana sa odgovarajućim ispunjavanjem zahteva čvrstoće. Efektivnost pucolana u redukovanju količine toplote hidratacije zavisi od zahteva za čvrstoćom i sposobnosti pucolana da redukuju zahteve za vodom bolje od količine cementa. Ekonomska opravdavost redukcije toplote hidratacije korišćenjem pucolana zavisi od relativnih troškova materijala uključujući i njihovo čuvanje. Strukture sa niskim zahtevima za čvrstoćom betona i samim tim niskim sadržajem cementa nisu povoljne za zamenu cementa pucolanima ni u ekonomskom ni u smislu redukcije toplote hidratacije. Kod struktura koje zahtevaju veće čvrstoće betona ili količine paste može se primeniti visok procenat pucolana i obe ekonomska opravdanost i redukcija toplote hidratacije biće zadovoljene.
Ukoliko u agregatu postoji velika količina čestica veličine cementnih čestica posebna pažnja se mora obratiti na agregat. U tom slučaju redukcija w/(c+p) odnosa može a i ne mora biti neophodna da bi se dobila zahtevana čvrstoća. Kada ukupne količine sitnih čestica manjih od 0.075 mm u malteru prelazi 20% zapremine maltera, može doći do velikog povećanja za zahtevima za vodom pomerajući vreme potrebno za njihovo zbijanja.
Pucolani
Izbor pucolana pogodnih za primenu u valjanim betonima treba da bude baziran u saglasnosti sa standardom kao i dostupnošću i cenom. Skoro svi projekti izvedeni u valjanom betonu koristili su pucolane u obliku letećeg pepela, najviše zahvaljujući efektu sferičnih čestica na ugradljivost betona.
Korišćenje letećeg pepela u valajnom betonu ima trostruku svrhu: 1. Kao delimična zamena cementa kako bi se redukovala toplota hidratacije, 2. redukcija troškova građenja, 3. kao mineralni dodatak za povećanje finih čestica i samim tim povećanje obradljivosti i ugradljivosti betona.
Agregat
Odabir agregata i kontrole granulometrije agregata su važni faktori koji utiču na kvalitet i karakteristike valjanih betona. Promenljivost agregata u toku izgradnje značajno utiče na zahteve za cementom i vodom a samim tim utiče na čvrstoću. Zahtevi za čvrstoćom i prijanjanje razdelnica su faktori koje treba razmotriti u specifikaciji agregata. Ukoliko je potrebno kvalitetan beton, tada specifikacijama je potrebno propisati odeđen stepen kontrole kvaliteta agregata i granulometrije. U manje kvalitetnim zahtevima za beton mogu se dozvoliti varijacije u kvalitetu i kontroli valjanih betona.
Krupan agregat
Zbijanje valjanog betona je ograničena veličinom agregata. Ipak, maksimalno zrno agregata ima malo efekta kada je debljina sloja ugrađivanja veća tri puta od maksimalnog zrna agregata. Tada je segregacija minimalna i mogu se upotrebiti veliki vibro valjci za zbijanje valjanih betona. Kada se koriste mali valjci za zbijanje valajnih betona i kada se zahteva visoka zapreminska masa i čvrstoća potrebno je smanjiti maksimalno zrno agregata i debljinu slojeva za zbijanje. Postoji veća tendencija ka segregaciji betona kada se upotrebljavaju zrna veća od 37 mm. Prevencija segregacije se mora razmatrati kada se bira vrsta transpotra, način ugradnje kao i način zbijanja betona u konstrukciju.
Sitan agregat
Granulometrija sitnog agregata utiče na zahteve za pastom i kompaktibilnost valjanog betona. Pesak možda zahteva više cementujućih čestica nego što je potrebno za uobičajene mešavine koje koriste agregat sa više finih čestica. Kada se ne koriste pucolani, 5% povećanja finog agregata ispod 0.1 mm može dati dobre rezultate.
Proporcije agregata
Količine neophodne za zbijanje mešavine direktno su proporcionalne zapremini krupnog agregata. Ukoliko nema dovoljno paste, široko definisan krupan i sitan agregat nisu poželjni jer utiču na osteljivost valjanih betona kada se zbija velikom opremom. Ovo može dozvoliti upotrebu dostupnih agregata koje nisu u saglasnosti sa standardnim betonima da bi se dobila dobra mešavina za valjanje betone.
Granulometrija sitnog agregata utiče na minimalnu količinu paste. U oblastima gde pucolani nisu dostupni, ekonomično je i preporučljivo da se pesak melje ili upotrebljvaju mineralne fine čestice da bi se poboljšali nedostaci sitnog agregata. Dodavanje mlevenog peska ili sitnih mineralnih dodataka mogu poboljšati efekate o minimumu zapremine paste.
