Ulaz za korisnike

Utjecaj okoliša i vremenskih prilika na beton

|
Utjecaj okoliša i vremenskih prilika na beton
 
Utjecaj okoliša i vremenskih prilika na beton
Trajnost betona - Utjecaj okoliša i vremenskih prilika na beton

Okoliš u kojem živimo je sve agresivniji zbog naglog industrijskog razvoja i prometa. Kad dođe do podudaranja agresivne okoline s lošom kvalitetom betona, dolazi do njegovog naglog i nepredviđenog propadanja

Beton je jedan od najznačajnih građevinskih materijala našeg vremena. On je supstitut za prirodni kamen, a cijena mu je vrlo popularna. Velika prednost betona je u mogućnostima oblikovanja raznih konstrukcija u svim područjima građevinarstva, kao što su građevine infrastrukture, transporta i stanogradnje. Stoga je vrlo razvijena tehnologija i proizvodnja betona. Betonske konstrukcije smještene u neagresivnoj i malo agresivnoj okolini pokazale su se kao trajne i pouzdane.

Zabluda o neuništivosti

Međutim, u pojedinim agresivnim sredinama dolazi do naglog propadanja građevina, što se pokazalo kao svjetski problem. Razlog tomu je bila prvobitna zabluda u tretiranju betona kao dugotrajnog materijala, a da se utjecaj agresivnog okoliša nije uzimao u obzir. Okoliš u kojem živimo je sve agresivniji zbog naglog industrijskog razvoja i prometa. Kad dođe do podudaranja agresivne okoline s lošom kvalitetom betona, dolazi do njegovog naglog i nepredviđenog propadanja - degradacije. Do spoznaja o utjecaju agresivne okoline na betonske konstrukcije došlo se već u ranim sedamdesetim godinama 20. stoljeća.

Nakon rušenja Kongresne dvorane u Berlinu 1980. godine (prije toga još nekih manje značajnih građevina), zauvijek je napuštena ideja o 'vječnosti' betona. Stoga su stručnjaci iz područja tehnologije betona i betonskih konstrukcija počeli diljem Europe na temelju stečenih iskustava i preko posebnih 'tehničkih odbora' raditi na izradi norme koja bi obuhvaćala glavne agresivne utjecaje na betonske konstrukcije, a koji se prilikom projektiranja i izvedbe obavezno trebaju uzimati u obzir. Tako je nastala norma naziva EN206-1:2000.

Norme i parametri

Način primjene spomenute norme u Europi zavisi o različitim klimatskim i zemljopisnim uvjetima pojedinih zemalja. Da bi se obuhvatile sve različite situacije utjecaja okoliša na beton, uveden je pojam 'razred izloženosti betona agresivnom okolišu'. U onim europskim zemljama u kojima opća rješenja ove norme nisu prihvatljiva, dopušta se primjena nacionalnih normi ili smjernica koje se odnose na specifične slučajeve izloženosti betona određenoj vrsti agresije. EN 206-1:2000 je norma u kojoj je velika pozornost posvećena razradi parametara koji bitno utječu na trajnost betona.

U ovoj su normi sadržane metode projektiranja i ispitivanja relevantnih svojstava betona s gledišta njegove izloženosti agresivnom okolišu. Kod ove norme postoji mogućnost daljnjeg razvoja i dopuna, temeljenih na praktičnim iskustvima.

 Djelovanje agresivnog okoliša

Klasifikacija betona prema razredima izloženosti agresivnom okolišu predstavlja najveći pomak u području propisa, odnosno normi za beton. U ovoj normi su skupljena sva iskustva mnogobrojnih stručnjaka iz područja tehnologije betona u posljednjih dvadesetak godina. Kao što, primjerice, postoje klasifikacije betona prema čvrstoći na tlak, vodonepropusnosti ili otpornosti na djelovanje smrzavanja, tako je načinjena i ova vrsta klasifikacije.

Ona je vrlo komplicirana jer je temeljena na dugotrajnim ispitivanjima i promatranjima betona. Izrada 'razreda izloženosti utjecaju agresivnog okoliša', predstavlja vrlo značajan napredak u području izučavanja trajnosti betona.

Razredi izloženosti s oznakama

Oznaka razreda XO - kod ove oznake izloženosti nema rizika za beton jer u okolišu nema agresivnih utjecaja. Ova se oznaka uglavnom odnosi na nearmirani beton, koji je zaštićen unutar građevine s niskim sadržajem vlage u zraku. Oznaka razreda XC - kod armiranog betona izloženog vlazi, može se reći da je takav beton izložen koroziji uzrokovanoj karbonatizacijom.

Kod spomenute izloženosti razlikuju se četiri stupnja:

  • 1: Armirani beton u suhoj ili permanentno vlažnoj okolini; beton je unutar građevine ili stalno potopljen pod vodom.
  • 2: Vlažna okolina, odnosno dugotrajna izloženost vlazi; slučaj kod mnogih betonskih temelja.
  • 3: Okolina je umjereno vlažna, što je slučaj vanjskih zidova zaštićenih od kiše ili na betonu u građevini koji je izložen srednjoj ili visokoj vlazi.
  • 4: Beton je izložen cikličkom vlaženju i sušenju.

    Oznake razreda

  • i XS

  • Ova se oznaka odnosi na armirani beton koji nije izložen kloridima iz morske vode. Razlikujemo tri stupnja:
  •  
  • 1: Armirani beton izložen kloridima iz zraka.
  • 2: Armirani beton izložen kloridima iz vode bazena za plivanje, industrijskim otpadnim vodama koje sadrže kloride i slično.
  • 3: Armirani beton izložen cikličkom - izmjeničnom djelovanju vlažne i suhe sredine; slučaj dijelova mosta iznad razine mora, kolničkih i pješačkih zona te ploča na parkiralištima. Oznaka razreda XS: Kad je armirani beton izložen utjecaju klorida iz morske vode, tad se označava navedenom oznakom.
  • 1: Armirano-betonska konstrukcija blizu obale ili na obali.
  • 2: Dijelovi armirano-betonske konstrukcije stalno su potopljeni u moru.

    Razredi XF, XA i XM

    Oznaka razreda XF: Beton koji je vlažan i izložen ciklusima smrzavanja i odmrzavanja nosi oznaku razreda XF. Zavisno o položaju konstruktivnog elementa u konstrukciji i njegovoj izloženosti spomenutoj agresiji, postoje četiri stupnja izloženosti:
  •  
  • 1: Vertikalne betonske površine izložene kiši i smrzavanju.
  • 2: Vertikalne betonske površine na prometnicama izložene smrzavanju i sredstvima za odmrzavanje.
  • 3: Horizontalne betonske površine izložene kiši i smrzavanju.
  • 4: Horizontalne betonske površine na mostovima, morskoj obali izložene vlazi, smrzavanju i sredstvima za odmrzavanje.

  • Oznaka razreda XA: U slučaju izloženosti betona kemijskim utjecajima iz tla i podzemnih voda, taj slučaj naziva se kemijska agresija:
  •  
  • 1: Betonske površine izložene slabo agresivnom kemijskom utjecaju.
  • 2: Betonske površine izložene srednje jakoj agresiji.
  • 3: Betonske površine izložene vrlo agresivnom kemijskom mediju. Oznaka razreda XM: Ova se oznaka odnosi na betone izložene mehaničkim utjecajima, kao što je habanje ili abrazija:
  • 1: Industrijski betonski podovi izloženi lakom prometu vozila s pneumaticima.
  • 2: Industrijski betonski podovi sa srednje teškim prometom vozila s tvrdim gumenim naplatkom.
  • 3: Industrijski betonski podovi opterećeni teškim viličarima s tvrdim naplatkom na kotačima i velikim osovinskim pritiscima.

  • Betonske konstrukcije ili njezini pojedini elementi često su izloženi kombiniranim slučajevima agresije, što kod projektiranja traži izradu posebne studije za spomenute utjecaje.

    Utjecaj klorida na armirani beton

    Uz proces karbonatizacije u betonu, na pojedinim konstruktivnim elementima dolazi do pojave utjecaja klorida iz soli za odmrzavanje, što dovodi do korozije armature i otpadanja zaštitnog sloja na armaturi. Stoga je prema EN 206-1:2000 propisan najveći dopušteni sadržaj klorida za pojedine vrste betona.
    U tablici 1 dani su brojčani podaci o navedenim sadržajima klorida u betonu. Istom europskom normom propisane su granične vrijednosti kemijske agresije iz tla ili podzemne vode za odgovarajuće razrede kemijske izloženosti. U tablici 2 navedene su granične vrijednosti kemijske agresije prirodnog tla ili podzemne vode.

  • Klasifikacija kemijske agresije iz tla ili podzemnih voda odnosi se na temperature od 5 do 25 Celzijevih stupnjeva za male brzine vode. Najveća vrijednost svake pojedinačne kemijske agresije određuje razred izloženosti. Norma EN 206-1:2000 primjenjuje se samo u slučaju europskih normi za materijale, odnosno komponente betona (cement, agregat, mineralne dodatke, kemijske dodatke i vodu).

  • Djelovanje smrzavanja, odmrzavanja i soli

    Građevine ili njeni dijelovi koji su izravno i stalno izloženi vanjskim vremenskim utjecajima trebaju imati određenu otpornost na smrzavanje, a u nekim slučajevima na smrzavanje i djelovanje soli. To je, primjerice, slučaj kod fasadnih elemenata, na betonskim kolničkim konstrukcijama, na mostovima i slično.

  • Da bi se postigla zadovoljavajuća otpornost na smrzavanje i soli, svi komponentni materijali betona moraju udovoljavati vrijedećim europskim normama. Osim navedenog, treba izraditi optimalne recepture - sastave betona (u pogledu vodocementog faktora, linija prosijavanja agregata), zatim odrediti način miješanja, transporta i ugradnje. Prema dosadašnjim iskustvima, tražene otpornosti betona ne mogu se dovoljno pouzdano riješiti za svaki pojedinačni slučaj.

  • Štetne promjene u betonu

    Nastanak štete u betonu od djelovanja smrzavanja i soli uvjetovan je ponašanjem tekućine u porama betona tijekom smrzavanja. Točka smrzavanja u porama betona snižava se primjenom sredstava - aditiva, koji snizuju točku ledišta tekućine u porama. Posljedica je povećanje koncentracije iona u pornoj tekućini. Točka smrzavanja betona je niža ako su pore u betonu manje. U tablici 3 prikazana je zavisnost točke smrzavanja i veličine pora.

  • Točka smrzavanja tekućine u porama je niža čim su pore manjih dimenzija. Na otpornost na smrzavanje i djelovanja smrzavanje-sol, najvažniji utjecaj primarno ima volumen, raspored i veličina pora, a sekundarno vodocementni faktor. Tijekom uporabnog vijeka betonskih konstrukcija nastavlja se hidratacija cementa te se permanentno mijenja raspored zračnih pora, a kao posljedica karbonatizacije promjene se događaju na površini betona.

  • Primjerice, u porama dimenzija kapilara na temperaturi od minus 20 Celzijevih stupnjeva zaledi se najviše 30 posto postojeće vode.

  • Kao što je već iz prijašnjih napisa poznato da voda kod smrzavanja povećava svoj volumen za oko devet posto, u porama betona stvara se hidraulički tlak, što znači da u porama betona dolazi do pojave naprezanja. Tijekom jednog ciklusa djelovanja smrzavanje-sol u strukturi betona dolazi do pojave razlike tlaka, što ima za posljedicu naknadno upijanje vode u slobodne pore, ako je okolina vlažna. Kod ponavljanja ciklusa djelovanja smrzavanje-sol, zasićenje mikropora se stalno povećava i veće je nego prigodom kapilarnog upijanja vode kod 20 Celzijevih stupnjeva.

  • Kritično zasićenje pora

    U literaturi je uveden pojam tzv. kritičnog zasićenja pora. 'Kritično zasićenje' zavisi od volumena, rasporeda i veličine mikropora. Kad se prekorači 'kritično zasićenje' pora, dolazi do pojave oštećenja betona.

  • Različiti toplinski rad pojedinih komponenti betona također djeluje na njegovo oštećenje. To je slučaj na kontaktu cementnog kamena s većim zrnima agragata. Led u porama ima pet puta veću toplinsku dilataciju od cementnog kamena. Prilikom otapanja leda dolazi također do pojave oštećenja betona. Prilikom posipanja soli za odmrzavanje dolazi do oduzimanja topline na površini betona i ponovnog zaleđivanja u površinskom sloju (tzv. temperaturni šok) ili, pak, kao posljedica osmotskog tlaka.

  • Razlikuju se dvije vrste oštećenja kod djelovanja smrzavanja i soli:
  •  
  • oštećenje površinskog sloja betona od djelovanja vanjskih utjecaja;
  • unutarnja oštećenja strukture betona.

    Oštećenja površinskog sloja betona

    Oštećenja zaštitnog sloja betona (na armaturi), zbog djelovanja vanjskih vremenskih utjecaja, posljedica su stalnog gubitka sitnih čestica ili pucanja i trošenja površinskog zaštitnog sloja.

  • Ovi oblici oštećenja uočeni su kao posljedica smrzavanja. Kombinacija smrzavanja i djelovanja soli za odmrzavanje daje jače izražene efekte oštećenja, a najizraženiji su kod koncentracije soli između tri do četiri posto. U površinskom zaštitnom sloju betona dolazi do pojave ljuštenja. Zbog loše veze kamenog agregata i cementnog kamena ili nedovoljne otpornosti kamenog agregata na smrzavanje, dolazi do pojave oštećenja naziva 'pop outs'.

    Oštećenja unutarnje strukture

    Oštećenje unutarnje strukture betona podrazumijeva konstantno razaranje dubinske strukture. Zavisno o stupnju zasićenja pri smrzavanju tekućine, u kapilarama betona nastaju unutarnja naprezanja uzrokujući mikropukotine. U procesu ponavljanja ciklusa smrzavanja i djelovanja soli te odmrzavanja, povećava se sadržaj tekućine u porama. Unutarnja naprezanja postaju sve veća, što doprinosi napredovanju degradacije betona. Na početku opisanog procesa oštećenja su gotovo neprimjetna, dok nakon pojave prvih pukotina oštećenja postaju vidljiva.

  • Početak degradacije unutarnje strukture betona može se utvrditi mjerenjem dinamičkog modula elastičnosti. Već u početku procesa degradacije betona, dok još nema nikakvih vidljivih promjena, može se utvrditi smanjenje dinamičkog modula elastičnosti.

  • U sljedećem broju Pro Gradnje slijedi nastavak priče o trajnosti betona, s osvrtom na smjernice za praktično postizanje otpornosti na djelovanje smrzavanja i soli, odabir aditiva i opis njihovog djelovanja te načelna razrada metoda izračuna eksploatacijskog vijeka trajnosti armirano-betonskih konstrukcija. (M. M. Č.)

    Betonske konstrukcije smještene u neagresivnoj i malo agresivnoj okolini pokazale su se kao trajne i pouzdane

  • U normi EN206-1:2000 su sadržane metode projektiranja i ispitivanja relevantnih svojstava betona s gledišta njegove izloženosti agresivnom okolišu
  • Građevine ili njeni dijelovi koji su izravno i stalno izloženi vanjskim vremenskim utjecajima trebaju imati određenu otpornost na smrzavanje, a u nekim slučajevima na smrzavanje i djelovanje soli
  • Nastanak štete u betonu od djelovanja smrzavanja i soli uvjetovan je ponašanjem tekućine u porama betona tijekom smrzavanja
  • Točka smrzavanja u porama betona snižava se primjenom sredstava - aditiva, koji snizuju točku ledišta tekućine u porama
  • 'Kritično zasićenje' zavisi od volumena, rasporeda i veličine mikropora

Materijali