Simon Lažeta VPLIV ZRNAVOSTI MINERALNEGA AGREGATA NA TLAČNO TRDNOST IN KONSISTENCO BETONA Projektna naloga univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje Maribor, junij 2015
Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija Projektna naloga univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje VPLIV ZRNAVOSTI MINERALNEGA AGREGATA NA TLAČNO TRDNOST IN KONSISTENCO BETONA Študent: Študijski program: Simon LAŽETA univerzitetni, Gradbeništvo Mentor: doc. dr. LUBEJ SAMO, univ. dipl. inž. grad. Maribor, junij 2015
I ZAHVALA Besedo zahvale namenjam mentorju doc.dr. Lubeju Samotu, univ. dipl. inž. grad. za strokovno pomoč in vodenje pri ustvarjanju projektne naloge in asistentu dr. Jelušiču Primožu, univ. dipl. gosp. inž.. Najgloblje se zahvaljujem mojima staršema, očetu Jožetu in mami Tanji, starima staršema in teti Marjani, za vso potrpežljivost, moralno podporo in dobrovoljno pomoč med študijem in skozi življenje. Nazadnje pa še Urški, ki mi je z vzpodbudo in podporo pomagala pri zaključku študija. HVALA!
II VPLIV ZRNAVOSTI MINERALNEGA AGREGATA NA TLAČNO TRDNOST IN KONSISTENCO BETONA Ključne besede: agregat, gradbeništvo, zrnavost, konsistenca, beton Povzetek V projektni nalogi je opisan vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona. Opisane so lastnosti agregata, kot so: oblika zrn, granulometrijska sestava, vsebnost drobnih delcev, vsebnost slabih zrn in vsebnost lahkih delcev. Opisan je postopek izračuna recepture za beton, ki je osnova za določitev vpliva zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona. S primerjavo receptur smo ugotovili kako različna zrnavost vpliva na lastnosti strjenega in svežega betona.
III THE IMPACT OF GRAININESS MINERAL AGGREGATE ON THE COMPRESSIVE STRENGTH AND CONSISTENCY OF CONCRETE Key words: civil engineering, aggregate, graininess, consistency, concrete Abstract This project work describes the impact of graininess of mineral aggregate on compressive strength and consistency of concrete. Described are the properties of aggregate, such as grain form, coarseness composition, content of fine particles, content of bad grain and content of light particles. It describes a procedure for calculating the concrete recipes, which is the basis for determining the impact of mineral aggregate grading on the compressive strength and consistency of concrete. By comparing the recipes we discovered how different particle sizes affect the properties of hardened and fresh concrete.
IV VSEBINA 1 UVOD... 1 2 BETON... 2 2.1 ZGODOVINA BETONA... 2 2.2 SPLOŠNO O BETONU... 3 2.3 LASTNOSTI SVEŽE MEŠANICE - KONSISTENCA... 4 3 AGREGAT... 5 4 LASTNI IZRAČUNI IN PREISKAVE... 11 4.1 IZRAČUN RECEPTURE ZA BETON... 11 4.2 SEJALNA ANALIZA... 15 4.3 MEŠANJE BETONA IN PREIZKUŠANJE SVEŽE BETONSKE MEŠANICE... 17 4.3.1 Preizkus s posedom... 17 4.3.2 Preizkus z razlezom... 18 4.4 REZULTATI TLAČNEGA PREIZKUSA... 19 4.4.1 Tlačni preizkus... 19 5 ZAKLJUČEK... 23 6 VIRI IN LITERATURA... 24 7 PRILOGE... 25 7.1 SEZNAM SLIK... 25 7.2 SEZNAM PREGLEDNIC... 25 7.3 TABELA OPRAVLJENIH PREIZKUSOV (PRIMERJAVA BETONOV RAZLIČNIH RECEPTUR IN PRIMESI)... 25 7.4 NASLOV ŠTUDENTA... 26 7.5 KRATEK ŽIVLJENJEPIS... 27
V UPORABLJENI SIMBOLI ρ gostota m masa f c potrebna tlačna trdnost h sprememba višine m 8/16 masa frakcije od 8 do 16 mm
VI UPORABLJENE KRATICE SIST Slovenski inštitut za standardizacijo ISO International Organization for Standardization
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 1 1 UVOD Že Rimljani so izumili zmes agregata, veziva in vode, ki je dokaj podobna današnjemu betonu. V preteklosti so ugotovili, da je možno izklesati večji kos kamnine, ampak je ta postopek bil naporen in dolgotrajen. Kasneje je nastal problem z zlaganjem oziroma povezovanjem teh gradiv v celoto. Z iznajdbo betona so lahko zaopažili različne oblike in jih potem zabetonirali. Kasneje so ugotovili, da lahko izboljšajo lastnosti betona z jeklom in tako se je začel pojavljati armiran beton. Svet pa se vrti dalje in danes tudi armiran beton ni več dovolj»dober«za naše potrebe. Zato vedno več ljudi razvija nove vrste betonov, ki bi premaknili mejnike nosilnosti betona še višje. Da bi dosegli višje trdnosti in izboljšali lastnosti betona pa preizkušajo in razvijajo različne kemične dodatke (plastifikatorje). Beton poskušajo izboljšati tudi brez kemičnih dodatkov in sicer z natančno izračunanim»receptom«mešanja betona, saj količina vode, finih frakcij, grobih frakcij in veziva lahko zelo vpliva na lastnosti betona.
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 2 2 BETON 2.1 Zgodovina betona Gradbeni material, ki je imel lastnosti, podobne sodobnemu betonu, prvi iznašli Rimljani. Rimski beton so izdelali iz vode, apna, pucolana, zdrobljene opeke in peska. Poznali so pozitivne lastnosti različnih vrst peska in slabe škodljive primesi. Z razvojem gradbeništva so prišli do (današnje) tehnologije vlivanja homogene zmesi v lesen opaž in na ta način dosegli lastnosti, ki ustrezajo današnjim normativom. Lep primer uporabe predhodnika betona sta kolosej ter pantheon v mestu Rim. Slika 2.1: Pantheon (vir: splet [7]) Dviganje betona na objekt so uredili z žerjavi, dvigali, pa tudi s črpanjem (do omejene višine). Po prvi svetovni vojni so razvili tehnologijo brizganega betona (ki se meša v glavi brizgalke) in jo uporabljali pri obnovi površin, utrjevanju brežin in za lupinaste
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 3 konstrukcije. Opaž, v katerega so vlivali beton, je bil vse dražja postavka, zato so vpeljali uporabo modularnih sistemov in večkratno uporabo opažnih elementov zlasti v množični stanovanjski gradnji. Patent za drseči opaž je nastal ob izgradnji dimnikov, silosov isti opaž se sukcesivno dviga, kar omogoča zvezno betoniranje brez prekinitev in velik prihranek časa. [1] 2.2 Splošno o betonu V ožjem pomenu je beton keramični kompozitni material, v katerem je mineralni agregat obdan z cementnim kamnom. V procesu strjevanja cementne paste in hidratacije nastaja cementni kamen betona. Kateri nastane z mešanjem vode, cementa in različnih dodatkov, s katerimi lahko regulirajo lastnosti betona. Beton vsebuje določeno število zaprtih in odprtih por, ki so zapolnjene z zrakom. Najpogostejši so povsem mineralni betoni uporabljajo pa se tudi betoni z bitumensko matrico (asfaltni beton), z organsko, ki so keramično polimerni kompozit. V to skupino pripadajo tudi posebne vrste betona z organskimi agregati (polistirenski agregat) in mineralno matrico (cementni kamen). Mineralnim betonom lahko dodamo tudi dodatki, ki so sestavljeni iz organskih spojin, ki modificirajo lastnosti keramičnega materiala (polimerne emulzije). [2] Cementna pasta, ki se strjevanjem preoblikuje v cementni kamen, tvori od 25 do 40 % celotne končne prostornine betona (14 21 % vode, 7 15 % cementa,). Na sliki 2.2 je slikovno opisana sestava dveh različnih vrst betonov: beton s povečano količino zaprtih por, zapolnjenih z zrakom (aeriran beton), beton normalne gostote z večjim deležem drobnih frakcij. Slika 2.2: Primerjava betonov glede na delež frakcij. (vir: knjiga [2])
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 4 Večji delež betonske mase tvori agregat in zato je njegov izbor (čistost, zrnavostna sestava, čistost, primesi, oblika, itd.) pomemben za kakovost in lastnosti betona. Naslednji pomemben parameter je kakovost uporabljene cementne paste, ta pa je je odvisna od cementa, posebnih dodatkov in vode. Idealno projektiran in izdelana beton ima vsako zrno mineralnega agregata oblito s cementno pasto, vse prostore med zrni ima zapolnjene, cementna pasta pa ima le drobno zaprto poroznost (pri idealnem vodo-cementnem faktorju v/c = 0,38). Dejanske razmere betonih se ne ujemajo z idealnimi, vendar strokovnjaki izdelava betona težijo k čim bolj idealnim razmeram. [2] [1] 2.3 Lastnosti sveže mešanice - KONSISTENCA Plastično betona določa konsistenca betona. Za določanje konsistence še ne strjene betonske mešanice se uporabljajo različne metode (metoda z razlezom, medota s posedom, metoda z vibriranjem, Ve-Be metoda). Standardi pa določajo tudi kriterije za stopnje konsistence (tekoča, mehkoplastična, srednjeplastična in trdoplastična). Betonska mešanica naj bo taka, da jo lahko oblikujemo z rokami. Tekoč beton se uporablja pri betoniranju zelo gosto armiranih elementov ali tankih profilov. Takšen beton mora zadoščati vsem pogojem homogene betonske mešanice. Zato je potrebno plastičnemu betonu dodati superplastifikatorke, ki povečajo vgradljivost. S plastično betonsko mešanico lahko izdelamo trden in homogen beton. [2]
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 5 3 AGREGAT Največ prostornine v betonu, okoli 3/4, zavzema mineralni agregat in zaradi tega vpliva na tehnične in tehnološke lastnosti betona, na trajnost in strošek izdelave betona. Agregat je definiran kot trd, čist in inerten material, ki se ga vgrajuje v betonske mešanice. Sestavljen je iz mineralnih delcev, ki so različnih zrnavosti in so naravno, na primer pri rečnem nanosu -prod, ali nenaravno-umetno oblikovani, v kamnolomu-drobljenec. Tehnološka pridelava agregata vpliva na konsistenco in kohezijo, pri čemer je pomembna predvsem zrnavostna sestava mineralnega agregata, v manj pomembna pa je tekstura in oblika agregata. Agregat, ki vsebuje slaba zrna ima negativen vpliv na končno trdnost betona, odpornost proti različnim oblikam agresivnega vpliva okolja in deformacijske lastnosti. Prodniki so običajno sestavljeni iz zrn različne mineraloške sestave, ki se spreminja glede nahajališče ter glede na položaj in mesto izkopa, kar pa vpliva na kakovost in lastnosti izkopanega proda. Drobljenec ima v primerjavi s prodom bolj enakomerno zrnavost. Na drugi strani pa ima prod bolj zaobljeno obliko agregata, ki izboljša vgradljivost. Drobljenec je fizikalno-mehansko in petrografsko homogen, kar se pokaže na redukciji notranjih napetosti, v boljši sprijetosti cementnega kamna s površino zrn in v manjšem krčenju betona. Zrna umetno pridobljenega agregata-drobljenca so pogosto nepravilnih oblik zaradi česar se pri vgrajevanju poveže, kar poveča nosilnost betona pri tlačnih obremenitvah. V splošnem želimo doseči maksimalen možen delež grobe frakcije agregata, ob upoštevanju preostalih zahtev glede lastnosti strjenega in svežega betona. Z velikim deležem grobe frakcije zrn zmanjšamo količino veziva, s tem pa poslabšamo obdelavnost sveže mešanice, vgradljivost in povečamo možnost nezaželene segregacije. Takšnih problemov se izognemo z dodanim ustreznim deležem finega agregata ustrezne zrnavosti. Pomembno vlogo za zagotavljanje določenih karakteristik strjene in sveže betonske mešanice imajo zrna drobnozrnatega mineralnega agregata velikosti okoli 0,25 mm. Takšna zrna zadržujejo vodo ter preprečujejo izcejanje vode in povečajo odpornost na segregacijo. Vloga teh zrn je zato posebej pomembna v betonih z manjšo vsebnostjo
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 6 cementa in pri betonih, kateri imajo agregat z neugodnimi zrni (drobljenec), s čimer zagotovimo vgradljivost svežega betona. V agregatu so prisotni tudi praškasti in glineni delci. Količina le teh delcev ne sme biti prevelika, ker imajo lahko ti delci vpliv na kvaliteto betona, na povečanje vpijanja vode, na povečanje krčenja, na zmanjšanje končne trdnosti in zmrzlinske odpornosti, in na lezenja betona. Če imamo zrna premera nad 4 mm običajno govorimo o grobem agregatu in če imamo zrna premera pod 4 mm potem govorimo o drobnem agregatu. Velikost največjega zrna mineralnega agregata v grobi frakciji naj bo manjša od 1/4 najmanjše velikosti prereza betonskega elementa in za 5 mm krajša od svetle razdalje med navpičnimi ali vzporednimi armaturnimi palicami v opazovanem elementu. Omejevanje velikosti največjega zrna je potrebno, ker predstavlja možnost blokiranja agregata na ovirah v elementu, ki jih predstavljajo armaturne palice ali ozki predeli znotraj opaža. Možnost blokiranja grobozrnatega mineralnega agregata se zvišuje z večanjem velikosti (največji premer zrna). D max Beton mora za doseganje ustrezne obdelave (ustreznega vgrajevanja) v svežem stanju in goste strukture strjenega betona vsebovati določeno-potrebno količino finih delcev, katere prispevajo, morebitni mineralni dodatki in delci agregata < 0,125 mm ter cement. Zadostna količina finih delcev je zelo pomembna pri gosto armiranih in tankostenskih konstruktivnih elementih, dolgih cevovodnih transportnih poteh, in za neprepusten beton. Delež finih delcev v betonih trdnostnih razredov do vključno betona C50/60, z največjim zrnom agregata premera med 16 mm in 63 mm, ki morajo biti odporni na tajanje oziroma zmrzovanje (stopnja izpostavljenosti XF) ali obrabo površine (stopnja izpostavljenosti XM), naj bo nekje v mejah iz tabele 3.1. Za vmesna vrednosti količine cementa je potrebno, pripadajočo količino finih delcev, izračunati z linearno interpolacijo. Za agregat z največjim zrnom premera 8 mm se lahko v tej preglednici navedene vrednosti zvišajo za 50 kg/m3. Če se uporabi pucolanski mineralni dodatek tipa II, lahko priporočeno količino finih delcev poveča za količino vsebovanega mineralnega dodatka, vendar največ za 50 kg/m3. [2]
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 7 Tabela 3.1: Največja priporočena količina finih delcev po SIST 1026. (vir: knjiga [2]) Količina cementa v kg/m 3 Največja priporočena količina finih delcev v kg/m 3 300,0 400,0 350,0 450,0 350,0 450,0 + ( C 350,0 ) S sejalno analizo določimo zrnavostno sestavo mineralnega agregata po standardu SIST EN 933-1, pri tej analizi skozi standardna sita različnih (standardiziranih) velikosti odprtin presejemo agregat. Za sejalno analizo mora biti vzorec mineralnega agregata suh, da se izognemo združevanju drobnih zrn, ki bi se obnašale kot grobo zrno, s suhostjo agregata tudi preprečimo zamazanje sit z najmanjšo velikostjo odprtin. Rezultat ki ga z analizo pridobimo predstavlja kumulativni procent presevka skozi sita v odvisnosti od velikosti sit. Rezultat preglednejše predstavimo v grafični obliki, ki jo imenujemo zrnavostna krivulja, s te krivulje lahko lažje in hitreje določimo, če preizkušeni agregat odgovarja zahtevam oziroma ali je agregat pregrob, predroben ali pa mu primanjkuje določenih sestavin. [2]
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 8 Slika 3.1: Prikaz sejanja agregata skozi sita in obrazložitev pojmov. (vir: knjiga [2]) Dobljena krivulja sejalne analize se mora nahajati znotraj priporočenih mejnih krivulj zrnavosti določenih s standardom SIST 1026. Pri določitvi zrnavostne sestave agregata moramo biti pozorni na naslednje dejavnike: a) relativno prostornino, ki jo agregat zavzema, b) površino agregata, s katero določimo količino vode, ki je potrebna, da omoči vse trdne delce, c) odpornost betonske mešanice proti segregaciji, d) količino fine frakcije in drobnih zrn znotraj mešanice. Specifična površina mineralnega agregata se povečuje s količino dodanega drobnega (premer zrna pod 4 mm) agregata in z manjšanjem velikosti največjega zrna (premer zrna nad 4 mm) v agregatu. Ta površina določa količino cementne paste, katera je potreba, da ovijemo in združimo vsa zrna in določa količino vode, s katero omočimo zrna agregata. Agregat je cenejši od cementne paste zato težimo k čim večji relativni prostornini agregata. Če bi izdelali betonsko mešanico katere edini pogoj za določitev zrnavostne sestave mineralnega agregata bi bila minimalna prostornina votlin med agregatnimi zrni, potem bi
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 9 iz teh pogojev dobili zelo težko in slabo vgradljiv beton. Da bi imeli dobro vgradljiv beton mora v sveži betonsko mešanici biti višek paste, ki zapolni votline med grobimi zrni. Paziti moramo, da bo votlin (prostorčkov) med največjimi zrni, čim manj. Saj ob tem obstaja verjetnost, da bo betonska mešanica med vgrajevanjem segregirala, ker manjša zrna ne bodo mogla zapolniti votlinic med večjimi zrni. Tega se izognemo z določitvijo takšne zrnavostne sestave, da bo agregat maksimalno zbit. [2] Standard SIST EN 12620 Agregati za beton V Evropi so zahteve za agregat za beton podane v standardu EN 12620. Pomembni izrazi iz standarda. Naravni agregat. Prihaja iz naravnih nahajališč. Obdelava je le mehanska z možnim pranjem. Mešan agregat. Agregat, ki vsebuje mešanico grobega in drobnega agregata (pesek). Agregatna mešanica je lahko proizvedena brez separacije na grob in droben agregat ali s kombinacijo grobega in drobnega agregata. Recikliran agregat. Agregat mehansko proizveden iz anorganskih materialov predhodno vgrajenih v konstrukcijo. Polnilo (kamena moka). Agregat, katerega večina delcev gre čez sito z odprtino 0,063 mm in je dodan za doseganje določenih lastnosti. Droben agregat (pesek). Oznaka za manjše frakcije s premerom zrna manjšim od 4 mm. Droben agregat je lahko proizveden z naravnimi procesi lomljenja in drobljenja kamna ali gramoza in/ali z umetnim drobljenjem kamna ali gramoza. Grob agregat. Oznaka za večje frakcije z večjim premerom (D) ne manjšim kot 4 mm in manjšim premerom (d) ne manjšim kot 2 mm. Zrnavost. Razdelitev agregatnih zrn po velikosti, izražena kot odstotni masni deleži, ki preidejo skozi določen nastavek sit.
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 10 Vrste sit: Velikost odprtine < 4 mm.. sito iz kovinskih žic Velikost odprtine > 4 mm.. sito iz preluknjane kovinske plošče Velikosti odprtin posameznih sit so navedene v standardu ISO 3310-1&2. Z okroglimi zrni agregata dosegamo boljšo konsistenco betona kot pa z oglatimi zrni. Drobljenec ima zaradi svoje večje specifične povpšine večjo potrebo po vodi, vendar pa dosegajo betoni narejeni z drobljencem večjo tlačno trdnost, ker se zrna medsebojno zaklinijo oziroma tvorijo skelet. [2]
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 11 4 LASTNI IZRAČUNI IN PREISKAVE 4.1 Izračun recepture za beton 1) Izračun recepture za beton : C 30/37 h = 100 mm M z = 3,0 2) Projektna tlačna trdnost Tabela 4.1: Potrebna povprečna tlačna trdnost (vir: [4]) Specifična tlačna trdnost, f c (MPa) Zahtevana povprečna tlačna trdnost, f cr (MPa) Manj kot 21,0 f c + 7,0 21,0 35,0 f c + 8,5 Več kot 35,0 1,10 f c + 5,0 f cr = f c + 8,5 MPa = 38,5 Mpa kjer je: f cr potrebna tlačna trdnost Izračunana tlačna trdnost, ki smo jo povečali za določen faktor varnosti je znašala 38,5 MPa.
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 12 3) Vodo-cementno razmerje Tabela 4.2: Odnos med vodo-cementnim razmerjem ter tlačno trdnostjo betona. (vir: [4]) Tlačna trdnost po 28 dneh (Mpa) Vodo - cementno masno razmerje Neareiran beton Areiran beton 45 0,38 0,3 40 0,42 0,34 35 0,47 0,39 30 0,54 0,45 25 0,61 0,52 20 0,69 0,6 15 0,76 0,7 m w m c = 0,435 kjer je: m w masa vode m c masa cementa
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 13 4) Določitev količine vode Tabela 4.3: Količina zračnih por in potrebna količina vode za različne posedke. (vir: [4]) Posedek (mm) Voda, kg/m 3 betona za določeno maksimalno velikost agregatnega zrna 9,5 mm 12,5 mm 19,0 mm 25,0 mm 37,5 mm 50,0 mm 75,0 mm 150,0 mm neareiran beton 25-50 207,0 199,0 190,0 179,0 166,0 154,0 130,0 113,0 75-100 228,0 216,0 205,0 193,0 181,0 169,0 145,0 124,0 150-175 243,0 228,0 216,0 202,0 190,0 178,0 160,0 - Približna količina ujetega zraka v neareiranem betonu (%) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,3 0,2 0/4 fini agregat 4/8 8/16 grobi agregat V = 1 m3 D max = 16 mm h = 100 mm m w = 210,077 kg (dobimo z interpolacijo) V p = 2,23 % (dobimo z interpolacijo) kjer je: V p količina ujetega zraka v neareiranem betonu
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 14 5) Določitev modula zrnavosti Mz = 3,0 d = 16 mm * predvidimo enake gostote agregata ρ c = 3000 kg/m3 ρ w = 1000 kg/m3 ρ fa = 2600 kg/m3 ρga =2600 kg/m3 Ψ = 1670 kg/m3 (gostota zbitega mineralnega agregata) 6) Masa grobega agregata m ga = f x Ψ = 0,568 x 1670 = 948,56 kg 7) Masa finega agregata V b = m c /ρ c +m w /ρ w + m ga /ρ ga + m fa /ρ fa +V p 1= 482,936/3000+210,077/1000+ 948,56/2600+ m fa /2600+0,223 m fa = 651 kg
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 15 4.2 Sejalna analiza Velikost sita (mm) Ostanek na situ (g) Tabela 4.4: Sejalna analiza (vir: lasten) Presevek skozi sito v g Presevek skozi sito v % Komulativni ostanek na situ v % FULLER v % EMPA v % 16,0 0,0 10447,30 100,00 0,00 100,0 100,0 11,2 1824,0 8623,30 82,54 17,46 83,7 76,8 8,0 1509,0 7114,30 68,10 14,44 70,7 60,4 40 2829,0 4285,30 41,02 27,08 50,0 37,5 2,0 1543,0 2742,30 26,25 14,77 35,4 23,9 1,0 1061,5 1680,80 16,09 10,16 25,0 15,6 0,71 267,4 1413,40 13,53 2,56 21,1 12,8 0,500 350,0 1063,40 10,18 3,35 17,7 10,4 0,250 365,0 698,40 6,68 3,49 12,5 7,0 0,125 186,8 511,60 4,90 1,79 8,8 4,8 0,090 161,3 350,30 3,35 1,54 7,5 4,0 0,063 55,7 294,60 2,82 0,53 6,3 3,3 0 294,6-8,530E-13 0,00 2,82 0,0 0,0 Skupaj: 10447,3 100,00
presevek (%) Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 16 Graf 4.1: Sejalna analiza naravnega agregata, dne 26.3.2014 (vir: lasten) 100 Sejalna analiza 90 80 70 60 50 40 30 20 Fuller EMPA Naša sejalna krivulja 10 0 0,0625 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 Velikost zrna (mm) 1) Preveritev količine finih frakcij m ga = 948,56 kg m fa = 651 kg m ga + m fa = 1599,56 kg 2) Receptura za 1 m 3 m w = 210 kg m c = 486 kg m 8/16 = 601 kg m 4/8 = 347 kg m 0/4 = 651 kg m fa 1599,56 = 651 = 0,406 = 40,6 % 1599,56
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 17 4.3 Mešanje betona in preizkušanje sveže betonske mešanice Svežo betonsko mešanico smo pripravljali v laboratoriju Fakultete za gradbeništvo. Tam smo s elektronsko tehtnico odmerili zadostno količino agregata različnih frakcij (0/4, 4/8, 8/16) in cementa. Vse skupaj samo dali v predhodno omočen mešalnik. Nekaj sekund smo mešali suho zmes, nato pa smo začeli dodajati predvideno količino vode. Zmes smo mešali tako dolgo, dokler ni postala homogena. Potem smo svežo betonsko mešanico preverili z naslednjimi preizkusi: preizkus na posed, preizkus na razlez. 4.3.1 Preizkus s posedom Preizkus s posedom je metoda ki meri deformacijo zgoščenega prisekanega stožca sveže betonske mešanice, ki se posede-deformira zaradi lastne teže. Preiskave nam poda razliko med začetno višino stožca in višino posedenega-deformiranega stožca. Kovinski stožec je višine 300mm in premera zgoraj (d) 100mm in premera spodaj (D) 200mm. Stožec polnimo po 1/3 višine stožca. Po polnitvi vsako novonastalo plast zgostimo s 25 udarci s standardno kovinsko palico, katera je na koncu zaobljena. Prvo plast (najnižjo) prebadamo po celotni višini, kasneje pri nadaljnjih dveh plasteh mora palica prodreti do spodaj ležeče (najnižje) plasti. Po koncu zgoščevanja zadnje plasti moramo presežek betona odstraniti in ga poravnati z vrhom stožca. Nato počasi in previdno dvignemo kovinski stožec (2 5 sekund) in ga postavimo ob novonastali betonski stožec. Prej uporabljeno standardno palico za zgoščevanje moramo postaviti na vrh stožca tako, da seže nad novonastali betonski stožec in nato moramo le še izmeriti razliko višin h, katera pa ne sme biti manjša od 10 mm. V praksi se ta metoda največkrat uporablja. [4]
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 18 Slika 4.1: Prikazan pravilen in nepravilen posed. (vir: knjiga [2]) V našem primeru je izmerjen posedek, kljub našemu izračunu na 100 mm, znašal le 23 mm. Tabela 4.5: Stopnja poseda. Stopnja poseda Posed v mm S1 10,0 do 40,0 S2 50,0 do 90,0 S3 100,0 do 150,0 S4 160,0 do 210,0 S5 220,0 4.3.2 Preizkus z razlezom Preizkus z razlezom je metoda, ki meri deformacijo zbitega betonskega konusa sveže betonske mešanice. Na mizico, ki je prirejena za kasnejše stresanje, postavimo krajši kovinski konus, ki ga je potrebno napolniti v dveh približno enako visokih plasteh. Vsako plast je potrebno nabiti z desetimi udarci z standardno leseno palico prečnega prereza 4x4 cm. Po končanem nabijanju višje plasti odstranimo presežek betona z vrha konusa in s stresalne mizice, če je slučajno pri polnjenju konusa padel na stresalno mizico. Počakamo 30 sekund in nato pazljivo odstranimo kovinski konus v časovnem intervalu od 1 do 3 sekunde. Nato stopimo na nožico spodnje plošče stresalne mizice, primemo za ročaj na zgornji plošči mizice in povlečemo zgornjo ploščo za 4cm (do mejnika) in jo nato spustimo da prosto pade. Postopek moramo ponoviti 15 krat. Sveža betonska mešanica se
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 19 razleze vzdolž stresalne mizice (slika 35). Nato moramo izmeriti dva medsebojno pravokotna premera razlezene betonske mešanice (d1 in d2), ki sta vzporedna z robovi stresalne mize. Dobljeni rezultat seštejemo in delimo z 2, da dobimo povprečje izmerjenih premerov. Dobljen rezultat zaokrožimo na 10 mm.[6] Slika 4.2: Prikaz metode preizkusa z razlezom. (vir: knjiga [2]) V našem primeru smo izmerili razlez 310 mm. Tabela 4.6: Stopnja razleza. Stopnja razleza Premer v mm F1 340,0 F2 350,0 do 410,0 F3 420,0 do 480,0 F4 490,0 do 550,0 F5 560,0 do 620,0 F6 630,0 4.4 Rezultati tlačnega preizkusa 4.4.1 Tlačni preizkus Tlačno trdnost betona definiramo kot maksimalno izmerjeno odpornost na osno tlačno obremenitev. Preizkusno metodo predpisuje standard SIST EN 12390-3:2002. Ta standard
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 20 predpisuje način določanja osne tlačne trdnosti različnih betonskih preizkušancev (kock ali valjev), ki pa morajo biti pripravljeni v povezavi s standardom SIST EN 12390-2:2001. Preizkušance v hidravlični stiskalnici, katera mora izpolnjevati zahteve standarda SIST EN 12390-4, obremenjujejo do porušitve končne tlačne trdnosti. Največjo silo, ki jo je preizkušanec še prenesel, si zapišemo, in nato s pomočjo te sile izračunamo tlačno trdnost betona.[6] Slika 4.3: Naprava za tlačni preizkus. (vir: lasten) Potek preiskave Naležne površine na stiskalnici moramo najprej očistiti, nato je potrebno s preizkušanca očistiti odvečno vlago in ga postaviti v stiskalnico na sredino spodnje tlačne naležne ploskve tako, da bo obremenjen pravokotno na smer vgrajevanja. V primeru, da imamo za betonske preizkušance standardne kocke, potem tista površina, ki se jo je po vgrajevanju zgladilo, ni nikoli naležna površina. Nato začnemo z obremenjevanjem in sicer silo nanašamo enakomerno, s hitrostjo obremenjevanja med 0,2 MPa/s in 1,0 MPa/s. Silo do porušitve je potrebno nanašati
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 21 enakomerno in nesunkovito. Hitrost obremenjevanja pa lahko spreminjamo za največ 10%. Ob porušitvi zapišemo najvišjo-porušno silo in preverimo vrsto porušitve, ki je lahko nepravilna ali pravilna. V primeru nepravilne porušitve, to zabeležimo skupaj s številko oz. črko s slike, ki v standardu označuje, kateri izmed podanih situacij je porušitev najbolj podobna. [4] Tlačno trdnost betona lahko pri preizkušancih preverimo šele po 28-ih dneh. V našem primeru je od mešanja in do preizkusa minilo 41 dni. Najprej smo morali natančno stehtati preizkušance in jih zelo natančno izmeriti, saj smo le tako lahko dobili prostorninsko maso betona. Tabela 4.7: Prikaz izračunanih vrednosti tlačnega preizkusa. Primer Datum Datum Starost [dni] oznaka Masa [kg] betoniranja preiskave 1 26.3.2014 7.5.2014 41 2 8,1 2 26.3.2014 7.5.2014 41 3 8,2 Primer Dimenzije a [cm] b [cm] c [cm] A [cm 2 ] V [dm 3 ] 1 15,05 15,00 15,00 225,75 3,39 2 14,90 15,00 15,03 223,50 3,36 Primer ρ [kg/m 3 ] F [kn] f ck,cube [N/mm 2 ] 1 2392,03 1397,00 61,88 2 2441,05 1498,00 67,02
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 22 Končna tlačna trdnost je glede na predvideno precej višja. Recepturo betona smo preračunali za beton C 30/37 in jo kasneje z upoštevanjem faktorja varnosti zvišali na 38,5 MPa. S tlačnim preizkusom pa smo ugotovili, da je dejanska-preizkusena tlačna trdnost našega betona precej višja od načrtovane.
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 23 5 ZAKLJUČEK V našem primeru smo betonsko mešanico preračunali, da bi zadostili naslednjim pogojem: C30/37 h = 100 mm Kasneje smo tlačno trdnost povečali z faktorjem varnosti na 38,5 MPa. Po mešanju smo opravili prve preizkuse sveže betonske mešanice in ugotovili, da je naš posed precej manjši od predvidenega in sicer 23 mm. Po 41 dnevih smo opravili še tlačni preizkus kock, ki pa nas je znova presenetil, saj smo ugotovili, da naše preizkušanci prenesejo precej večje obremenitve, kot pa smo jih pričakovali glede na naše izračune. Naš izračun je bil, da bo tlačna trdnost betona vsaj 38,5 MPa, mi pa smo glede na preizkus ugotovili, da naš beton prenese nekaj nad 60 MPa. Po končanih tlačnih preizkusih smo ugotovili, da je naš beton (z večjim deležem grobih frakcij) dosegel višjo tlačno trdnost kot pa beton z večjim deležem finih frakcij. Z večjim deležem grobe frakcije smo povečali volumen agregata v betonu, kar nekoliko zmanjša strošek izdelave betona, poveča končno trdnost in negativno vpliva na vgradljivost betona. Da bi rešili problem vgradljiovsti in ohranili končno trdnost bi morali v recepturo betona vključiti kemični dodatek plastifikator.
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 24 6 VIRI IN LITERATURA [1] Slonep, [Elektronski]. Available: http://www.slonep.net/gradnja/gradbenimateriali/beton-2565. [Poskus dostopa 8 junij 2014]. [2] R. Žarnić, Latnosti gradiv, Ljubljana: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Ljubljana, 2005. [3] SLOCEM: O betonu, [Elektronski]. Available: http://slocem.si/o_betonu/. [Poskus dostopa 2014]. [4] M. Žnidaršič, Diplomsko delo: Vpliv konsistence, aeriranja in trajanja mokre nege na odpornost betona z večjim deležem kamene moke proti zmrzovanju/tajanju v prisotnosti soli., 2007. [Elektronski]. Available: http://drugg.fgg.unilj.si/495/1/grv_0289_znidarsic.pdf. [5] A. manual, 211.4R-2007 Guide for Selecting Proportions for High-Strength, [Elektronski]. Available: http://www.docin.com/p-53432292.html. [6] L. Hanžič, Praktikum za laboratorijske vaje, 2008. [7] Monolithic - The Pantheon, [Elektronski]. Available: http://www.monolithic.org/domes-more/the-pantheon-rome-126-ad. [Poskus dostopa 2014].
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 25 7 PRILOGE 7.1 Seznam slik Slika 2.1: Pantheon (vir: splet [7])... 2 Slika 2.2: Primerjava betonov glede na delež frakcij. (vir: knjiga [2])... 3 Slika 3.1: Prikaz sejanja agregata skozi sita in obrazložitev pojmov. (vir: knjiga [2])... 8 Slika 4.1: Prikazan pravilen in nepravilen posed. (vir: knjiga [2])... 18 Slika 4.2: Prikaz metode preizkusa z razlezom. (vir: knjiga [2])... 19 Slika 4.3: Naprava za tlačni preizkus. (vir: lasten)... 20 7.2 Seznam preglednic Tabela 3.1: Največja priporočena količina finih delcev po SIST 1026. (vir: knjiga [2])... 7 Tabela 4.1: Potrebna povprečna tlačna trdnost (vir: [4])... 11 Tabela 4.2: Odnos med vodo-cementnim razmerjem ter tlačno trdnostjo betona. (vir: [4]) 12 Tabela 4.3: Količina zračnih por in potrebna količina vode za različne posedke.(vir: [4]) 13 Tabela 4.4: Sejalna analiza (vir: lasten)... 15 Tabela 4.5: Stopnja poseda.... 18 Tabela 4.6: Stopnja razleza.... 19 Tabela 4.7: Prikaz izračunanih vrednosti tlačnega preizkusa.... 21 7.3 Tabela opravljenih preizkusov (primerjava betonov različnih receptur in primesi)
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 26 7.4 Naslov študenta
Vpliv zrnavosti mineralnega agregata na tlačno trdnost in konsistenco betona Stran 27 Simon Lažeta Ličenca 19 3215 Loče e-mail: simonlazeta@gmail.com 7.5 Kratek življenjepis Rojen: Šolanje: 23.5.1991 v Mariboru 1998 2006 Osnovna šola Loče 2006 2010 Srednja šola Slovenska Bistrica