Ubrzano očvršćavanje betona zaparivanjem
Sa porastom temperature negovanja betona ubrzavaju se hemijske reakcije hidratacije, što povoljno utiče na rane čvrstoće betona, a bez loših posledica po na kasniju čvrstoću. Međutim, ako je temperatura dosta povišena za vreme vezivanja, to će povećati vrlo ranu čvrstoću betona, ali će negativno uticati na čvrstoće na 7 i 28 dana. To se objašnjava time što se brzom ranom hidratacijom formiraju proizvodi hidratacije slabije fizičke strukture, sa povećanom poroznošću. Pri povišenim temperaturama u ranom periodu hidratacije, produkti hidratacije se formiraju oko zrna agregata i u kasnijem periodu usporavaju kasniju hidrataciju.
Da bi se postigla željena čvrstoća u što kraćem vremenskom periodu, u praksi se primenjuju sledeći načini:
1. Povećanje dozaže cementa u 1m3 gotovog betona ili upotreba cemenata visoke klase sa visokim početnim čvrstoćama
2. Zagrejavanje vode, veziva i agregata (do oko 40 oC). Ova medoda se ređe upotrebljava i karakteristična je za gradilišne uslove
3. Zaparivanje betona (negovanje u pari na atmosferskom pritisku do 100oC ili u pari visokog pritiska iznad 100 oC)
Primena pare u cilju ubrzanog očvršćavanja betona obezbeđuje potrebno negovanje betonskih elemenata na visokim temperaturama protiv isušivanja betona.
Portlan cement se sastoji iz niza složenih jedinjenja, među kojima su za beton najznačajniji kalcijum silikati i kalcijum aluminati. Kada ova jedinjena reaguju sa vodom dolazi do reakcija koje su poznate kao hidrolize i hidratacije.
Reakcija hidrolize se može definisati kao reakcija pri kojoj voda reaguje sa jednim jedinjenjem, koje se razlaže na jednostavnije delove.
Reakcija hidratacije označava neposredno vezivanje jednog ili više molekula vode uz jedno jedinjenje.
Otvrdnjavanje betona u pari na atmosferskom pritisku
Nije moguće dati uopštene zaključke o zaparivanju, nego je potrebno u zavisnosti od upotrebljenih komponentnih materijala na prethodnim probama dokazati zahtevane uslove.
Međutim, dosadašnja iskustva o zaparivanju betona pokazuju da se mogu smatrati kao orijentacionim sledeći uslovi:
1. Zasićenost pare vlagom
Zaparivanje betona treba vršiti smešom pare i vazduha, koja je zasićena vla- gom. Količina pare zavisi od temperature na kojoj se vrši zaparivanje, jer ne sme da dođe do isušivanja betona. Zagrevanje betona se najpre vrši kondenzacijom vodene pare na hladnim kalupima ili elementima. Temperatura betona u jezgru najpre zaostaje za temperaturom komore, ali je posle izvesnog vremena usled so- pstvene toplote hidratacije premašuje za oko 5 do 20°C.
Ako obezbedimo da para ravnomerno obliva sve površine kalupa, odnosno elemenata, pri čemu su elementi dovoljno razmaknuti, onda neće doći do napona i prskanja u betonu usled velikih temperaturaih razlika na raznim površinama jednog istog elementa.
2. Prethodno odlezavanje betona
Zbog toga što suviše kratko i suviše dugo prethodno odležavanje deluju na sniženje krajnjih čvrstoća, treba utvrditi najpovoljnije vreme odležavanja betonskog elementa pre nego što ga izložimo zaparivanju.
Vreme prethodnog odležavanja je približno između 2 i 6 časova, a mora biti utoliko duže ukoliko je viša kasnija temperatura negovanja parom. Pošto beton ne sme u toku vezivanja da dođe u dodir sa vrelom parom velike brzine, treba utvrditi kraj vezivanja za uslove u kojima se nalazi beton. Ovde se misli na vreme vezivanja cementa u normalnim uslovima, vodocementnom faktoru i temperaturi sredine u kojoj se obavlja vezivanje. Vezivanje može da se ubrza pažljivim povišenjem temperature na najviše 40°C.
3. Vreme zagrevanja i negovanja parom
Prema usvojenoj potrebnoj čvrstoći betona i vremenu zaparivanja koje nam stoji na raspolaganju, odabira se visina temperature zaparivanja.
Praksa je pokazala da su dovoljne temperature od 85° do 90°C, jer se pri njima beton uz toplotu hidratacije zagreje na 95° do 100°C. Više temperature zahtevaju veću količinu pare, što povećava troškove zaparivanja.
Prema američkim iskustvima temperatura treba da raste najviše 15° do 20°C na čas. Ukoliko se temperature postižu brže, čvrstoća raste brže, ali se krajnja čvrstoća znatno snižava.
Na osnovu napred rečenog prethodnim probama mogu se utvrditi čvrstoće betona u zavisnosti od temperature - vremena (°C • h) te sačiniti za razne vrste cementa dijagram napredovanja čvrstoće betona pri zaparivanju.
Što se postižu krajnje čvrstoće znatno manje prilikom brzog postizanja visokih temperatura objašnjava se reakcijama koje se odigravaju u toku procesa. Visoka temperatura u velikoj meri ubrzava reakcije hidratacije te se na malim zrnima ce-menta stvara prevlaka koja sprečava dalju hidrataciju.
4. Hlađenje betona
Kao što je pri zagrevanju betona bila neophodna postupnost, tako treba obezbediti i postupno hladenje, jer se i dalje vrši očvršćavanje betona.
Isušivanje betona pri hlađenju neće biti od štetnog uticaja ako je beton dugo zaparivan, pa je u toku zaparivanja postigao dovoljno visoku čvrstoću (80% od tražene marke). Medutim, neophodno je držanje betona u vlažnom prostoru posle zaparivanja ako je zaparivanje izvršeno za kratko vreme i na niskoj temperaturi te postignuta čvrstoća betona iznosi svega 30% do 50% od tražene krajnje čvrstoće (marke betona).
U svakom slučaju lakše se suše betonski elementi posle izvršenog zaparivanja nego nezaparivani elementi odležavanjem na normalnoj temperaturi. Znači, zaparivanje omogućava da se ugrađuju gradevinski elementi što je moguće suvlji, čime se izbegava u njima naknadno skupljanje betona.
Uslovi koji moraju biti zadovoljeni pri zaparivanju
Prema dosadašnjim iskustvima pri zaparivanju navodi se da moraju biti zadovoljeni sledeći uslovi, i to:
* Pre zaparivanja beton mora odležati na vazduhu 1 do 6 časova, pri čemu razlika u vremenu utiče na krajnju njegovu čvrstoću ne više od 10%. Temperatura betona treba pri ovome da se podigne na 25° do 35°C. Ovo može da se podigne podizanjem temperature okolnog vazduha i zagrevanjem vode i agregata betona do temperature od 40°C pre mešanja betona.
* Zagrevanje u pari mora teći postepeno. Brzina povećanja temperature zavisi od dimenzija (naročito debljine) elemenata, od vrste betona, vrste cementa i zapreminske mase betona. Vodocementni faktor pri spravljanju betona mora biti što je moguće manji (0,35 do 0,38) tj. sadržaj vode mora biti mali. Normalno povećanje temperature betona biva u toku 1 do 3 časa, pri čemu krajnja temperatura komore treba da bude 65° do 75°C. Ova temperatura ne sme se mnogo prevazići, jer še temperatura samog betona posle izvesnog vremena popne za 10°C više, nego što je u komori za zaparivanje, usled oslobadanja toplotc pri vezivanju betona. Važno je da temperatura betona ne dostigne TEMPERATURU KLJUČANJA pri normalnim atmosferskim uslovima jer će voda ispariti, a beton ostati „žedan". Sa tog razloga je neophodno da se temperatura pare u komori održava automatski uz pomoć merača temperature.
* Zaparivanje pri konstantnoj temperaturi od 65°C do 75°C da traje 3 do najviše 8 časova.
Utvrdeno je da dugo zaparivanje negativno utiče na njegovu krajnju čvrstoću, dok kraće vreme ovu povećava. Otkuda ovo dolazi za sada nije objašnjeno.
* Hlađenje treba da traje 1 do 2 časa. Ovaj se proces može skratiti ukoliko se prska beton hladnom vodom u rasprašenom stanju bez ikakvih negativnih posledica po isti, već se naprotiv dobija njegova veća čvrstoća na savijanje. Pri hlađenju se brže hlade zidovi komore nego betonski elementi usled čega dolazi do kondenzovanja pare na zidovima, dok elejnenti ostaju bez vlage, usled čega opet „ožedni". Zbog toga je povoljno u toku ovog procesa prskati elemente fino raspršenom hladnom vodom.
* Najveća količina pare potrebne za zaparivanje je u toku procesa zagrevanja u pari, jer je po postizanju krajnje temperature potrebno dodavati samo toliko količinu pare kolika je potrebna za održavanje temperature komore.
* Kod velikog broja komora postavljenih jedne iza drugih, nije potrebna izolacija zidova izmedu njih jer je razlika temperature mala.
* Dovođenje pare treba da je po mogućstvu jednako na svim površinama elemenata. Isto tako i zaparivanje svih površina treba da je jednako.
* Donji delovi elemenata treba da se nalaze najmanje na odstojanju od parne komore za 0,40 m, a dovođenje pare u komoru mora biti sa rnalom brzinom i po mogućnosti blizu zida, kao i sa dve strane kornore, da bi njena raspodela bila što povoljnija.
* Donja površina tavanice komora treba da je od materijala koji upija vodu. Ovo je neophodno da se ne bi na njoj stvarale kapi vode i padale na gornje površine elementa, što na ove negativno utiče pri zaparivanju. Na podu komora mora biti kanal za odvodenje kondenzovane vode.
*Zidovi komore i vrata ne smeju biti od gvožda, jer na pari brzo rđaju. Elemente koji ipak moraju biti od ovoga, treba dobro površinski zaštititi.
Na kraju treba istaći da očekivani gubitak čvrstoća pri pritisku uzoraka koji su zaparivani u odnosu na nezaparivane je između 20 i 25 %. Još jednom napominjemo da se sve zahtevana svojstva betona moraju dokazati na prethodnim probama, pa tako i ukoliko pristupate zaparivanju betona.
