Modeliranje razvoja temperature u mladom betonu

Sažetak

U radu se upozorava da u slučaju naglog hlađenja masivnih betonskih blokova nastaju vlačna naprezanja veća od vlačne čvrstoće betona pa zbog toga nastaju pukotine u betonu. Ističe se da je ta pojava kritična u vrijeme očvršćivanja betona. Razvoj temperature uzrokovan hidratacijom cementa modeliran je metodom konačnih elemenata koje je provedeno na primjeru jednodimenzionalnog konačnog elementa. Dobiveni rezultati su analizirani i uspoređeni s rezultatima terenskih ispitivanja..

Autori:

  • Prof. dr. sc. Dunja Mikulić, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu;
  • Lordan Jurišić, dipl. ing. građ., Institut Građevinarstva Hrvatske, Zagreb;
  • Bojan Milovanović dipl. ing. građ.,
  • Ivan Gabrijel, dipl. ing. građ., Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, 10000 Zagreb

UDK 666.972.001.8:536.58

1 Uvod

Hidratacija cementa je egzoterman proces, tako da će u izoliranim sustavima toplina otpuštena tijekom hidratacije cementa rezultirati temperaturnim rastom i deformacijama koje mogu uzrokovati ozbiljne pukotine. Sazrijevanjem i skupljanjem betona u unutrašnjosti elementa javljaju se vlačna naprezanja:

  • Direktna unutarnja naprezanja mogu nastati zbog:
  • termičkog gradijenta (nastaje zagrijavanjem unutrašnjosti betonskog bloka u procesu hidratacije i gubljenjem topline u hladniji okoliš),
  • spriječenosti termičkih deformacija na temeljnoj stopi bloka.
  • Indirektna unutarnja naprezanja uzrokovana su nejednolikim puzanjem betona po visini presjeka kao posljedica nejednolike distribucije temperature i vrijednosti vlastite težine po visini bloka.

U trenutku kad vlačna naprezanja u elementu premaše vrijednost vlačne čvrstoće betona, javljaju se pukotine. Zbog toga je sposobnost predviđanja očekivanog temperaturnog rasta korisna inženjerima i projektantima za sprječavanje pojave pukotina i proizvodnju trajnih betonskih konstrukcija.

Za standardne dimenzije ploča i tankih greda u visokogradnji (visine do 50 cm) zanemariv je utjecaj topline hidratacije na nosiva i uporabna svojstva konstrukcije. Problemi visoke topline hidratacije i prateća pojava termičkih pukotina vezani su uz masivni beton, dakle uz izvedbu blokova vrlo velikih dimenzija pri gradnji: brana, ispuna velikih presjeka grednih konstrukcija za građevine tipa most, masivni gravitacijski potporni zidovi, temelji mostova, itd.

Postoje dva pristupa pri određivanju temperaturnog rasta i temperaturnog gradijenta u masivnom betonu. Prvi pristup je u izradi pokusnih mješavina betona koje će biti traženog sastava te se na njima promatra temperaturni rast pod adijabatskim uvjetima. Drugi je pristup da se koristi računalni model za predviđanje temperaturnog rasta i termičkog gradijenta.

U ovome radu pokušat će se modelirati termički gradijent u betonskim blokovima brane HE Lešće pa su u tu svrhu izrađeni modeli za proračun toplinskog toka pomoću programskog paketa Cosmos/m, a zatim je napravljena usporedba rezultata proračuna i stvarno izmjerenih temperatura na terenu.