U poslednjih sedamdesetak godina, značajne promene su se desile u pogledu tipa i svojstva betona i njegovih sastavnih materijala. Posle Drugog svetskog rata do današnjih dana sproveden je znatan broj istraživanja u Evropi i u Severnoj Americi, kao i drugim zemljama, koja su dovela do potpunog razumevanja svojstva betonskih materijala, kao što su cement i agregati, kao i efekata koji ovi materijali imaju na karakteristike svežeg i očvrslog betona. Standardi i specifikacije materijala, dizajn betonske mešavine i svojstva sastojaka, procedure testiranja i tehnike gradnje su intenzivno razvijane na osnovu ovih saznanja.
U poslednjih nekoliko godina, građevinska industrija je stavljala jak akcenat na beton visokih performansi i čvrstoće, kao i na kraćim rokovima izgradnje. Kao odgovor na ovaj izazov, istraživanja su bila fokusirana na proizvodnju promena u osobinama osnovnih sastojaka betona, kao što je cement, kao i na razvoju novih sastojaka radi postizanja čvršćeg i trajnijeg betona boljeg kvaliteta.
Aditivi: Potrebe i izazovi betonskih tehnologija
Aditivi za beton se razvijaju već nekoliko generacija sa ciljem izmena širokog spektra osobina svežeg i očvrslog betona radi postizanja rane čvrstoće betona i betona visokih performansi. Korišćenje aditiva je omogućilo dramatično smanjenje u odnosu vode-cementa u betonskoj mešavini, što je zauzvrat dovelo do trajnijeg i čvršćeg betona.
Oglas
Obimna istraživanja su takođe sprovedena na razvoju i korišćenju cementnih i pucolanskih materijala, kao što je leteći pepeo i zgura koje menjaju ili dopunjuju sadržaj cementa u betonskoj mešavini. Ovi materijali su značajno poboljšali trajnost betona smanjenjem njegove propustljivosti.
Danas je sasvim uobičajeno da aditivi i cementni/pucolanski materijali budu uključeni u betonsku mešavinu pored standardnih sastojaka betona. Takve složene betonske mešavine su značajno različite od jednostavnijih betonskih mešavina proizvedenih u periodima od 1940-ih do skoro 2000-ih. Mnoge specifikacije i građevinske prakse razvijene u skladu sa osnovnim istraživanjima sprovedenih u prošlom veku se još uvek primenjuju u betonskim materijalima današnjice, posebno na projektima manjeg obima.
Pored toga, još uvek postoje nerešeni problemi i mnoga neodgovorena pitanja u vezi sa današnjim betonom. Na primer, prekomerno skupljanje i pojava pukotina povezana sa skupljanjem se primećuju u mnogim betonima visokih performansi i čvrstoća. Ove nenamerne posledice utiču na trajnost betona i tako poništavaju svrhu upotrebe takvih betonskih mešavina. Još jedan važan skup pitanja koji se postavlja se odnosi na tajming, trajanje i vrstu nege betona, kao i balans između vremena sušenja i brzine gradnje.
Veliki problem je i jaz znanja koji se javlja kod mnogih lica koja rukuju betonom i to u pogledu svojstva pojedinačnih sastojaka betona, načina na koji različiti sastojci interaguju u betonskoj mešavini, i kako doći do optimalne smeše za tip primene i nivoe izloženosti u nepovoljnim uslovima. Potreban je efikasan plan transfera tehnologije kako bi rukovaoci sa betonom imali najnovije informacije i istraživanja o materijalima i betonskim osobinama.
Metode testiranja
Trenutne metode testiranja betona i njegovih sastojaka su još jedan problem. Neke od ovih metoda su jednostavne ali troše mnogo vremena i imaju tendenciju da uspore tempo izgradnje. Nova ili poboljšana testiranja za utvrđivanje svojstva betona i njegovih materijala trebaju biti razvijena (npr. čvrstoća betona je poznata nakon 28 dana, što je predug vremenski period). Ove metode testiranja moraju da kombinuju brzinu, tačnost i preciznost. Tehnologije iz drugih oblasti, kao što je medicina ili vojna industrija, a koje mogu biti nenametljive, bi trebalo da se razmotre kao opcije u određivanju čvrstoće betona.
Istraživanje novih koncepata
Izazov za istraživačku zajednicu u godinama koje slede leži u promovisanju i razvijanju temeljnog i sveobuhvatnog razumevanja svojstva betona i njegovih brojnih sastojaka. Ovaj izazov može biti ispunjen kroz dobro planirani osnovni istraživački program. Ovaj program treba da obuhvati razvoj novih i unapređenih metoda za ispitivanje betona i njegovih materijala.
Drugi program bi trebalo da se fokusira na najbolja i najefikasnija sredstva za prenošenje znanja i metoda razvijenih u prvom programu stručnjacima radi pravilne implementacije. Slede neki specifični pravci koje ovi programi mogu imati.
a) Cement
Mnoge promene su se desile u proizvodnji cementa, uključujući i promene na sirovinama, korišćenju goriva i mlevenju klinkera. Današnje vrste cementa su mnogo finije od onih iz 1950-ih i 1980-ih. Istraživanja osnovnih svojstava cementa su potrebna kako bi se procenio efekat takvih osobina kao što je finoća, hemijski sastav hidratacije, kao i karakteristike skupljanja.
b) Aditivi i pucolanski/cementni materijali
Postoji potreba za evaluacijom svih osobina različitih aditiva i cementnih ili pucolanskih materijala. Pitanja u vezi sa upotrebom ovih materijala u betonu, uključujući i vreme stvrdnjavanja, skupljanje betona i potreba za opsežnom negom treba da se istraže.
Istraživanje bi trebalo da proizvede tabele vrsta i doza ili proporcija ovih materijala u betonu, sa specifičnim nivoima performansi i čvrstoće postignute sa svakim. Istraživanje takođe treba da se fokusira na razvoj novog skupa aditiva koji bi poboljšali otpornost na pritisak betona i olakšali bržu gradnju betonskih konstrukcija. Na primer, novi aditivi koji se sada proizvode pomažu u samo-sabijanju betona u konstrukcijama. Ovo mora biti pojednostavljeno.
c) Materijali za negu betona
Industrija je prešla sa vlažne nege ka upotrebi sredstva za negu betona koja su pogodnija za korišćenje. Međutim, upotreba visokog sadržaja cementa, veća finoća cementa, zgure i nepogodna osnovna istraživanja i nove tehnologije u vezi sa odnosom vode i cementa u betonu su napravile beton koji je skloniji skupljanju i termičkom pucanju. Sredstva za negu betona nisu efikasna u sprečavanju skupljanja ili pucanja.
Nova sredstva za negu betona su potrebna ne samo radi sprečavanja evaporacije, već i za nadoknadu izgubljene vode u betonskoj mešavini. Na primer, sredstvo za negu može uključivati hemikalije koje bi mogle da kondenzuju ambijentalnu vlagu na površini betona radi obezbeđivanja preko potrebne vlage. Nadalje, sastojci betona poput agregata i aditiva će takođe biti poboljšavani što će samo pomoći u samo-sušenju betona bez korišćenja vode ili sredstva za negu, i to bez dovođenja do skupljanja i pucanja betona povezano sa skupljanjem.
d) Korišćenje vlakana u betonu
Pored cementa, vode, agregata i aditiva, razvijaju se i različite vrste vlakana. Beton ojačan vlaknima ima veoma veliku otpornost na abraziju i dinamičko opterećenje koje znači da ima dobru duktilnost sličnu mekom čeliku. On takođe ima veću otpornost na pritisak u odnosu na normalan beton i bolju otpornost na abraziju. Pored visoke čvrstoće, on ima odlične performanse i bolju žilavost. Ovo su neki od različitih tipova vlakana koji se mogu koristiti u betonu koji je ojačan vlaknima:
- Ugljenična vlakna
- Čelična vlakna
- Staklena vlakna
- Polipropilenska vlakna itd.
Polipropilenska vlakna su postala veoma popularana u poslednje vreme. Ovakva betonska mešavina u svežoj fazi treba da bude takva da se vlakna ne grupišu u džepovima, već da su dispergovana u celoj betonskoj mešavini. Istraživanja korišćenja vlakana u betonu moraju da se odrade obimno i detaljno. Ovo bi takođe trebalo da se uradi i za kompozitne betonske konstrukcije primenom normalnog betona i betona ojačanog vlaknima.
e) Testovi za beton
1. Testovi za svež beton
Testovi za osobine svežeg betona kao što je obradivost, sadržaj vazduha i jedinična težina su korisni u kontroli kvaliteta i konzistentnosti betonske mešavine. Međutim, može se očekivati da će se naglasak u budućnosti više stavljati na kraće trajanje gradnje puteva, mostova i aerodroma. Nova tehnologija je potrebna kako bi omogućila testiranje obradivosti, sadržaja vazduha i jedinične težine smeše na nenametljiv način. Na primer, nenametljiv uređaj sličan radarskom pištolju može biti razvijen za merenje obradivosti betona.
2. Testovi za očvrsli beton
Bolja sredstva za predviđanje jačine i dugotrajnosti betona su potrebna. Ispitivanja zasnovna na procesu hidratacije, stope razvoja jačine, i drugim fizičkim i hemijskim pokazateljima treba da se razviju radi predviđanja krajnje čvrstoće i permeabilnosti / trajnosti betona. Dostupnost takvih testova će omogućiti bolju optimizaciju betonske mešavine u vezi sa tipovima i proporcijama njenih sastojaka.
Pored toga, koncept testiranja čvrstoće posle 28 dana može postati zastareo kao obavezni test. Betonske mešavine budućnosti mogu dostići svoju krajnju čvrstoću za manje od sedam dana. Ovaj ubrzani razvoj čvrstoće može izmeniti mikrostrukturu betona. Istraživanja su potrebna kako bi se bolje razumela hemijska i fizička svojstva procesa hidratacije i njegovih povezanih jedinjenja, kao i obima mikro-pucanja i promene zapremine mešavine.
3. Testovi vodopropustljivosti
Napredak je postignut u merenju vodopropustljivosti (permeabilnosti) betona radi boljeg predviđanja njegove izdržljivosti. Međutim, postojeći uređaji su ili suviše spori ili daju indirektnu meru betonske vodoporopustljivosti. Tako da je potreban brz, precizan i ponovo upotrebljiv uređaj za određivanje vodopropustljivosti betona. Trebalo bi takođe razviti postupak za predviđanje trajnosti betona iz automatskih analiza podataka o vodopropustljivosti.
Prenos tehnologije
Dobro istraživanje kvaliteta betona i njegovih sastavnih materijala se sprovodi na mnogim mestima. Ova istraživanja širom sveta generišu nove informacije i tehnologije. Međutim, potrebna su efikasna sredstva za prenošenje nalaza istraživanja i proizvoda iz faze istraživanja do primena u oblastima u kojima su potrebni.
Mnogi stručnjaci ne prisustvuju konferencijama, radionicama ili predavanjima. Oni često ne dobiju punu informaciju o svojstvima novih materijala i kako ovi materijali, pojedinačno ili kolektivno, utiču na čvrstoću, izdržljivost i promenu zapremine betona.
Treba napraviti i implementirati detaljan plan za prenos znanja i novih proizvoda koji proizilaze iz završenih ispitivanja betona i njegovih sastavnih materijala. Priručnici sa materijalima za pravljenje betona i dizajna mešavine, kao i informacije na internetu trebaju biti stožer takvog plana.
Rezime
Budućnost donosi izazove i mogućnosti za istraživanje osnovnih svojstava betona i njegovih materijala. Treba razviti nove nenametljive uređaje i druge metode ispitivanja kako bi se omogućilo brže, preciznije ispitivanje betonskih materijala i građevinskih procedura. Specifikacije performansi treba razviti za betonske materijale i građevinske aspekte u ovoj oblasti. Takođe treba stvoriti efikasan plan prenosa tehnologije i znanja kako bi se preneli rezultati istraživanja do inženjera i majstora na gradilištu i primenili novi proizvodi.
