Stručni blog

Masivni beton

izv. prof.dr. sc. Marijan Skazlić

 

Definicija

Masivni beton predstavlja svaku veću količinu monolitnog betona ugrađenog u konstruktivne elemente čija minimalna dimenzija je 0,5 m ili više.

 

Termičke pukotine

Zbog velikih dimenzija elemenata i topline hidratacije cementa stvara se velika temperatura u unutrašnjosti konstruktivnog elementa. U isto vrijeme, zbog djelovanja vanjske okoline, površina elementa ima znatno nižu temperaturu od unutrašnjosti. Uslijed temperaturnih razlika i velikih vlačnih naprezanja u površinskom sloju betona dolazi do stvaranja temperaturnog gradijenta koji može rezultirati pojavom termičkih pukotina (slika 1).

Dubina i širina termičkih pukotina prvenstveno ovisi o razlici temperatura na površini i u unutrašnjosti elementa, ali se često pukotine protežu po cijeloj visini elementa. Termičke pukotine pojavljuju se nekoliko dana nakon betoniranja, ali se mogu pojaviti i nakon više tjedana. Treba naglasiti da u pojedinim slučajevima termičke pukotine nastaju i kao posljedica kombiniranog djelovanja skupljanja betona i nejednolikog hlađenja. Postupak sanacije termičkih pukotina je složen, a često su troškovi sanacije i veći od troškova betoniranja elemenata.

Prema normi za izvođenje betonskih konstrukcija HRN EN 13670: 2010 maksimalna temperatura koja se može pojaviti u unutrašnjosti betonskog elementa je 70°C. Postojeći iskustveni podaci i pravila struke pokazuju da do pojave termičkih pukotina neće doći ukoliko temperaturni gradijent na površini betonskog elementa ne prelazi 25°C / 25 cm.

 

Termički proračun

Prije početka betoniranja elemenata masivnog betona, potrebno je napraviti termički proračun. Termičkim proračunom provjerava se da s danim sastavom betona, tehnologijom i dinamikom betoniranja neće doći do pojave termičkih pukotina.

U praktičnoj primjeni termički proračuni se najčešće provode pomoću Schmidtove numeričke metode, a u manjem broju korištenjem i određenih programskih paketa (slika 2). Ulazni parametri za proračun po Schmidtovoj numeričkoj metodi su:

  • dimenzije elementa,
  • temperatura okoline,
  • temperatura svježeg betona,
  • vrsta i količina cementa,
  • podaci o porastu temperature betona uslijed hidratacije cementa,
  • toplinska svojstva betona,
  • redoslijed betoniranja elemenata.

 

Proizvodnja

Smanjenje rizika od pojave termičkih pukotina može se provesti određenim tehnološkim mjerama prilikom proizvodnje, ugradnje i njegovanja betona.  Cilj svih ovih mjera je smanjiti temperaturne razlike u betonskom elementu.

Prilikom proizvodnje betona potrebno je odabrati komponente sastava betona na način da se što više smanji toplina hidratacije betona. Najjednostavniji način za to je korištenje cementa niske topline hidratacije i smanjenje količine cementa.

Cementi niske topline hidratacije u svom sastavu imaju veću količinu mineralnih dodataka (npr. zgura ili leteći pepeo), te je njihova toplina hidratacije 25 % do 50 % u odnosu na toplinu hidratacije portland-cementnog klinkera.

Druge mjere koje se mogu provesti su:

  • smanjenje početne temperature svježeg betona
  • hlađenje komponenti sastava betona,
  • korištenje agregata s većim maksimalnim zrnom,
  • veći udio krupnog agregata itd.

Kod transporta betona na gradilište potrebno je voditi računa da ne traje predugo jer se miješanjem betona u mikseru povećava njegova temperatura, naročito u periodu toplih vremenskih uvjeta (ljeti). Poželjno je da mikseri za transport betona budu svijetlije boje radi smanjenja apsorpcije topline od sunčevog zračenja.

Učinkovit način hlađenja betona u mikseru pri dolasku na gradilište može se provesti postupkom tekućeg dušika. Na taj se način znatno i jednolično smanjuje temperatura cijelog volumena betona. Dok se kod nas taj postupak ne primijenjuje, u Sjevernoj Americi i Europi je učestao i pokazao se vrlo učinkovitim.

 

Ugradnja i njegovanje

Tehnologija betoniranja elemenata masivnog betona provodi se na način da se konstrukcija betonira u više segmenata ili blokova. Na taj se način smanjuje količina betona koja se ugrađuje, a s time ukupna toplina hidratacije i temperaturni gradijent. Vremenski razmak betoniranja segmenata ili blokova po visini obično varira od jednog  do nekoliko dana.

Tlocrtni raspored betoniranja segmenata ili blokova masivnog betona provodi se na način da se elementi betoniraju naizmjenično po principu šahovskog polja. Na taj način osigurava se da ne dolazi do raspucavanja segmenata ili blokova zbog spriječenih deformacija tijekom hlađenja od strane susjednih segmenata ili blokova. Bitno je za istaknuti da tlocrtni oblik segmenata ili blokova ne smije biti izdužen.

Najnepovoljniji period betoniranja elemenata masivnog elementa je tijekom visokih temperatura okoline (ljeti). Zbog toga se treba izbjegavati betoniranje ljeti, ukoliko nisu poduzete potrebne mjere kao npr. uporaba cementa niske topline hidratacije.

Nakon završetka betoniranja elemenata masivnog betona potrebno ih je pravilno njegovati. Elementi se tijekom njegovanja trebaju prekriti materijalima koji posjeduju određena termoizolacijska svojstva (npr. stiropor, geotekstil itd.). Na taj se način:

  • spriječava disipacija velike količine topline s površine elementa u okolinu,
  •  smanjuje temperaturni gradijent,
  • smanjuje rizik od pojave termičkih pukotina.

U periodu niskih temepratura okoline (zimi), pri betoniranju je potrebno prekriti elemenate masivnog betona takvim materijalima. Kod polijevanja vodom izbetoniranih elemenata voda ne smije biti prehladna. Ukoliko se to dogodi može doći do tzv. temperaturnog šoka i trenutnog raspucavanja cijelog presjeka elementa.

Prije se za hlađenje betonskog elementa koristio sustav cijevi za hlađenje ugrađen u sam element. Takva rješenja su se pokazala skupima, složenim i neučinkovitim te se više ne primjenjuju.

Nakon betoniranja elemenata masivnog betona poželjno je mjeriti maksimalnu temperaturu ili temperaturni gradijent u betonu. Na taj se način osigurava da ne dođe do prekoračenja kritičnih vrijednosti maksimalne temperature i temperaturnog gradijenta, a dobiveni podaci pomažu pri odabiru optimalne tehnologije i dinamike izvedbe betonskih radova. Mjerenje temperature i temperaturnog gradijenta može se provesti ugrađivanjem senzora u element ili ugrađivanjem cijevi ispunjenih vodom po visini elementa.

 

Primjena

Masivni beton se u praktičnoj primijeni pojavljuje na različitim vrstama objekata. Kod energetskih objekata zasigurno je najzastupljeniji problem betoniranja masivnog betona kod građenja brana. U novije vrijeme slični problemi pojavljuju se i kod betoniranja temelja vjetroagregata (slika 3), temeljnih prstenova industrijskih objekata itd. U visokogradnji i kod infrastrukturnih objekata masivni beton se često pojavljuje kod temeljnih ploča visokih objekata, prilikom izvođenja pilota i naglavnih greda pilota, kod stupova visokih objekta (ako su punog poprečnog presjeka), kod velikih upornjaka mostova, te debelih zidova ili obloga tunela. 

Najčitaniji članci