VYUŽITÍ RECYKLOVANÝCH EXPANDOVANÝCH PLASTICKÝCH HMOT VE STAVEBNÍCH SMĚSÍCH

Transkript

1 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 17. listopadu 15, Ostrava Poruba Hornicko geologická fakulta Institut environmentálního inženýrství VYUŽITÍ RECYKLOVANÝCH EXPANDOVANÝCH PLASTICKÝCH HMOT VE STAVEBNÍCH SMĚSÍCH Disertační práce Autor: Školitel: Studijní program: Studijní obor: Ing. Martin Šťastný prof. Ing. Vojtech Dirner, CSc. Nerostné suroviny Úpravnictví Ostrava 2012

2 Abstrakt Disertační práce se zabývá experimentálním výzkumem týkajícího se problematikou využití tvrdé polyuretanové pěny po ukončení životního cyklu v segmentu stavebních hmot. Cílem bylo nalézt vhodný způsob využití drcené polyuretanové pěny o velikosti zrna 4/8 mm a objemové hmotnosti kg.m -3 s následným zapracováním daného recyklátu, jako nové náhrady plniva (kameniva) v segmentu lehkých betonů. V disertační práci jsou popsány současné způsoby recyklace polyuretanové pěny se zaměřením na recyklaci mechanickou, a to na drtiči plastů a nožovém mlýnu, kde výsledná max. velikost zrna polyuretanové drtě je > 4 mm. Takto vzniklá polyuretanová drť je vhodná, jako plnivo do betonových směsí. Na 15 experimentálních záměsích byly sledovány následující vlastnosti: konzistence betonové směsi, objemová hmotnost čerstvé betonové směsi, krychelná a hranolová pevnost a mrazuvzdornost. Klíčová slova: Polyuretanová pěna, recyklace, lehký beton, fyzikálněmechanické vlastnosti

3 Abstract The doctoral thesis presents experimental results of research, which is focused on rigid polyurethane foam after the end of its life cycle in concrete mixtures. The goal is to find a suitable way to use shredded polyurethane foam with a grain size 4/8 mm density about kg m -3 and subsequently utilize that material as a new filler in lightweight concrete segment. The doctoral thesis also describes current methods of recycling polyurethane foam, focused on mechanical recycling (with the plastic breaker and knife mill), where the final max. grain size is > 4 mm. This product (polyurethane gravel) is utilized as a filler in concrete mixtures. There were 15 proposed experimental batches in total, that were tested theirs mechanical and physical properties. After that we determined density of fresh concrete, the consistency of concrete, cubic and prismatic strength and frost resistance. Key words: Polyurethane foam, recycling, lightweight concrete, mechanical and physical properties

4 Prohlašuji, že jsem celou disertační práci vypracoval samostatně, podle pokynů školitele, s použitím uvedené literatury, v souladu se směrnicí děkana č. 1/2010 disertační práce a autoreferát a v souladu se Studijním a zkušebním řádem pro studium v doktorských studijních programech Vysoké školy báňské Technické univerzity Ostrava. V souladu s 47 a zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů souhlasím s publikováním textu své práce na webové stránce HGF, VŠB-TU Ostrava. V Ostravě dne Ing. Martin Šťastný

5 Motivace Z pohledu globální, stále se zvyšující produkci polyuretanových výrobků (PUR pěn), které po uplynutí jejich životního cyklu se stávají objemným odpadem a vzhledem ke zcela specifickým vlastnostem, kterými se polyuretanové pěny vyznačují, mně inspirovala možnost využití upravené PUR pěny s velikostí zrna 4/8 mm, jako plnivo ve stavebních směsích. Proto v experimentálním výzkumu byla snaha o návrh zapracování upravené polyuretanové pěny o objemové hmotnosti kg.m -3, jako plnohodnotná náhrada složky kameniva, v lehkém betonu. Takovéto nově vzniklé lehké betony na bázi polyuretanu, jejichž fyzikálně-mechanické vlastnosti splňují dané předpisy a normy, mohou zaujmout zcela specifické postavení mezi stavebními materiály, které by měly možné využití i v praxi.

6 Poděkování Touto cestou bych chtěl poděkovat mému školiteli panu prof. Ing. Vojtechu Dirnerovi, CSc. za rady a připomínky při tvorbě disertační práce. Také děkuji Ing. Vojtěchu Václavíkovi, Ph.D. za odborné konzultace a rady během experimentálního výzkumu a i při řešení závěrečné doktorské práce. Současně bych rád poděkoval i panu Jaromíru Daxnerovi z firmy D&Daxner Technology s. r. o. za poskytnutí technického zázemí a odborných rad a také pracovníkům z firmy Technický zkušební ústav stavební Praha, s. p. s pobočkou v Ostravě, kteří mně umožnili a vždy ochotně pomáhali s experimentální částí práce. V neposlední řadě rovněž děkuji své rodině, kde bez její materiální i duševní podpory by tato práce nemohla vzniknout.

7 Obsah 1. Úvod Cíl práce Plasty Prvky tvořící makromolekulární řetězce Polymery... 4 a) Polykondenzační reakce... 5 b) Polymerační reakce... 6 c) Polyadiční reakce Rozdělení polymerních materiálů Polyuretan (PUR) Polyuretanová pěna Vlastnosti polyuretanové pěny Vypěňovací činidla Měkké polyuretanové pěny Tvrdé PUR pěny Produkce polyuretanů ve světě Vlastnosti polyuretanové pěny a) Funkční vlastnosti b) Aplikační možnosti c) Zpracovatelské výhody d) Toxicita e) Hořlavost Použití polyuretanu ve stavebnictví Zdroje polyuretanového odpadu Současný stav využití PUR odpadu Možnosti recyklace PUR odpadu Mechanické předprava materiálu a) Zpracování měkkých pěn b) Zpracování tvrdých pěn Stručná charakteristika stavebních odpadů Základní druhy stavebních a demoličních odpadů

8 6. Beton, jeho složky a vlastnosti Struktura a textura betonu Plnivo do betonu - kamenivo Plnivo do betonu - drcená polyuretanová pěna Zrnitostní rozbor PUR odpadu Cement Třídy pevnosti cementu Portlandský cement Hydratace cementu, tuhnutí a tvrdnutí Záměsová voda Vodní součinitel (w) Přísady a příměsi Vápenec Lehký beton a) G-beton b) Beton s polypropylenovými vlákny c) Drátkobeton d) Polyuretanbeton Technické zařízení potřebné k experimentálním zkouškám Laboratorní váhy WLC 60/C2/R a KERN Zkušební formy, odformovací prostředek (olej) Míchačka s nuceným oběhem Filamos M Vibrační vysokofrekvenční stolek VSB Mrazící box KD Zkušební lisy Trhací stroj ZD 40, WPM 50 kn a lis WPM 600 kn Sušárna VENTICELL Komfort Experimentální výzkum lehkých betonů na bázi polyuretanové pěny Zrnitostní rozbor polyuretanové pěny Drtiče a mlýny pro úpravu polyuretanové pěny a) Drtič plastů b) Nožový mlýn Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek Unikasset Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek Častulík kombinovaný

9 8.2.3 Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek Častulík Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek Profing Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek DDT B Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek DDT B40/ Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek DDT 968 B Návrh experimentálních betonových záměsí Cement v experimentálních zaměsích Vápenec VMV 15/V v experimentálních záměsích Výroba experimentálních betonových záměsí Složení jednotlivých experimentálních záměsí Stanovení zkoušky sednutí kužele A. Teoretická část B. Experimentální část Stanovení objemové hmotnosti čerstvé betonové směsi Výroba zkušebních těles Stanovení krychelné pevnosti betonu v tlaku A. Teoretická část B. Experimentální část Stanovení hranolové pevnosti betonu v tlaku A. Teoretická část B. Experimentální část Stanovení mrazuvzdornosti betonu A. Teoretická část B. Experimentální část Závěr Seznam literatury

10 Seznam obrázků Obr. č. 1: Polyadiční reakce polyuretanu... 7 Obr. č. 2: Specifické napěňování polyuretanové pěny Obr. č. 3: Porovnání tloušťky izolace polyuretanu s jinými druhy materiálů Obr. č. 4: PUR pěny používané v obalové technice I Obr. č. 5: Měkká polyuretanová pěna Obr. č. 6: Tvrdá polyuretanová pěna Obr. č. 7: PUR pěny používané v obalové technice II Obr. č. 8: Uplatnění polyuretanové pěny ve stavebnictví Obr. č. 9: Schematické znázornění vzniku betonu Obr. č. 10: Polyuretanová drť (velikost frakce 4/8 mm) Obr. č. 11: Hrubý vápenec Obr. č. 12: Jemně mletý vápenec VMV 15/V (Kotouč Štramberk, spol. s. r. o) Obr. č. 13: Váha WLC 60/C2/R Obr. č. 14: Laboratorní váha KERN Obr. č. 15: Formy o rozměrech hran 150x150x150 mm Obr. č. 16: Formy o rozměrech hran 100x100x400 mm Obr. č. 17: Míchačka Filamos M 80 s nuceným oběhem Obr. č. 18: Míchací lopatky (typ míchačky Filamos M 80) Obr. č. 19: Vysokofrekvenční vibrační stolek VSB Obr. č. 20: Mrazící box KD Obr. č. 21: Trhací stroj ZD 40 (max. zatěžovací síla 400 kn) Obr. č. 22: Trhací stroj WPM (max. zatěžovací síla 50 kn) Obr. č. 23: Lis WPM 600 kn (max. zatěžovací síla 600 kn) Obr. č. 24: Drtič plastů EPS 890 (fa Profing Piešťany spol. s. r. o.) Obr. č. 25: Nožový mlýn MN 300 (fa ING. Častulík, s. r. o.) Obr. č. 26: Schéma upevnění nožu v nožovém mlýnu MN Obr. č. 27: Vzorek drcené PUR pěny (Unikaset) Obr. č. 28: Vzorek drcené PUR pěny (Častulík kombinovaný) Obr. č. 29: Vzorek drcené PUR pěny (Častulík) Obr. č. 30: Vzorek drcené PUR pěny (Profing) Obr. č. 31: Vzorek drcené PUR pěny (DDT B6) Obr. č. 32: Vzorek drcené PUR pěny (DDT B40/5) Obr. č. 34: Prosévačka Retsch s upevněnou sadou sít Obr. č. 35: Sada sít pro zrnitostní rozbor Obr. č. 36: Navážka 50,0 g drcené polyuretanové pěny Obr. č. 37: Zjišťování hodnoty nadsítného PUR pěny Obr. č. 38: BigBag (cca 1000 l) s nadrcenou PUR pěnou B Obr. č. 39: BigBag (cca 1000 l) s nadrcenou PUR pěnou 968 B Obr. č. 40: Cement Hranice: CEM I 42,5R

11 Obr. č. 41: Cement Hranice: CEM II 32,5R Obr. č. 42: Suchá experimentální záměs (0% vody) Obr. č. 43: Mokrá experimentální záměs (s 60% vody z hmotnosti suché záměsi) Obr. č. 44: Kompletní sada pro zkoušku sednutí kužele (Abrams) Obr. č. 45: Schéma zkoušky sednutí kužele (Abrams) Obr. č. 46: Zkušební tělesa o rozměrech hran 150x150x150 mm Obr. č. 47: Zkušební tělesa o rozměrech hran 100x100x400 mm Obr. č. 48: Schéma zkoušky krychelné pevnosti betonu v tlaku Obr. č. 49: Zkouška krychelné pevnosti v tlaku na lisu WPM 600 kn Obr. č. 50: Detail porušení zkušebního tělesa při indikované ztrátě pevnosti Obr. č. 51: Schéma zkoušky hranolové pevnosti betonu v tlaku Obr. č. 52: Zkouška hranolové pevnosti v tlaku na lisu WPM 50 kn Obr. č. 53: Zkouška hranolové pevnosti v tlaku - porušení zkušebních těles Obr. č. 54: Uspořádání zatěžování zkušebního tělesa (zatěžování dvěma břemeny) Obr. č. 55: Uložení zkušebních těles ve vodní lázni Obr. č. 56: Zkouška pevnosti v tlaku na koncích trámců Obr. č. 57: Uložení těles v mrazícím boxu KD Obr. č. 58: Zkouška pevnosti v tahu za ohybu Obr. č. 59: Sednutí kužele Třída S Obr. č. 60: Sednutí kužele Třída S Obr. č. 61: Sednutí kužele Třída S Obr. č. 62: Sednutí kužele Třída S Obr. č. 63: Sednutí kužele Třída S Seznam tabulek Tabulka č. 1: Názvy a zkratky nejznámějších polymerů... 8 Tabulka č. 2: Mechanické vlastnosti polyuretanové pěny Tabulka č. 3: Tepelně technické vlastnosti polyuretanové pěny Tabulka č. 4: Tabulka zpracování PUR odpadu Tabulka č. 5: Současné metody zpracování polyuretanových odpadů Tabulka č. 6: Minimální tlakové pevnosti, předepsány pro různé třídy cementů Tabulka č. 7: Rozmezí chemického složení portlandského cementu Tabulka č. 8: Požadavky úvodního posouzení záměsové vody Tabulka č. 9: Požadavky na chemické vlastnosti záměsové vody Tabulka č. 10: Technická data váhy typu WLC 60/C2/R a KERN Tabulka č. 11: Technická data míchačky s nuceným oběhem Filamos M Tabulka č. 12: Technická data vysokofrekvenčního vibračního stolku VSB Tabulka č. 13: Technická data mrazícího zařízení KD Tabulka č. 14: Technická data sušárny VENTICELL Komfort Tabulka č. 15: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek Unikasset

12 Tabulka č. 16: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek Častulík kombinovaný Tabulka č. 17: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek Častulík Tabulka č. 18: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek Profing Tabulka č. 19: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek DDT B Tabulka č. 20: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek DDT B40/ Tabulka č. 21: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek DDT 968 B Tabulka č. 22: Propad síty, číslo nestejnozrnitosti, číslo křivosti Tabulka č. 23: Vlastnosti cementu CEM I 42,5R, firma Cement Hranice, a. s Tabulka č. 24: Vlastnosti cementu CEM II 32,5R, firma Cement Hranice, a. s Tabulka č. 25: Chemické vlastnosti vápence VMV 15/V, lom Kotouč Štramberk, spol. s. r. o Tabulka č. 26: Fyzikální vlastnosti vápence VMV 15/V, lom Kotouč Štramberk, spol. s. r. o Tabulka č. 27: Hmotnostní zastoupení složek v jednotlivých experimentálních záměsí Tabulka č. 28: Určení konzistence betonu dle sednutí kužele Tabulka č. 29: Stanovení zkoušky sednutí kužele pro jednotlivé experimentální záměsi Tabulka č. 30: Stanovení objemové hmotnosti ČBS Tabulka č. 31: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 32: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 33: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 34: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 35: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 36: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 37: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 38: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 39: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 40: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 41: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 42: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 43: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 44: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 45: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 46: Stanovení krychelné pevnosti v tlaku ve stáří betonu 2, 7, 14 a 28 dnů Tabulka č. 47: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 48: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 49: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 50: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 51: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 52: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 53: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 54: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 55: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D

13 Tabulka č. 56: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 57: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 58: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 59: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 60: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 61: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D Tabulka č. 62: Vypočtená hranolová pevnost betonu v tlaku v čas. intervalech 2, 7, 14 a 28 dnů Tabulka č. 63: Porovnání krychlené a hranolové pevnosti v tlaku ve stáří betonu 2 a 28 dnů Tabulka č. 64: Přepočet krychelné pevnosti na hranolovou pevnost ex. záměsí dle vzorců (8) a (9) 116 Tabulka č. 65: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 66: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 67: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 68: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 69: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 70: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 71: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 72: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 73: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 74: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 75: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D Tabulka č. 76: Stanovení mrazuvzdornosti po 50 cyklech zmrazování ex. záměsí Seznam grafů Graf č. 1: Světová spotřeba polyuretanové pěny Graf č. 2: Rozdělení objemu výroby PUR produktů Graf č. 3: Průměrná produkce a recyklace stavebních a demoličních odpadů Graf č. 4: Složení stavebních a demoličních odpadů Graf č. 5: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek Unikasset Graf č. 6: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek Častulík kombinovaný Graf č. 7: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek Častulík Graf č. 8: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek Profing Graf č. 9: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek DDT B Graf č. 10: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek DDT B40/ Graf č. 11: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek DDT 968 B Graf č. 12: Vyjádření křivek zrnitostí při stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny Graf č. 13: Stanovení zkoušky sednutí kužele pro jednotlivé experimentální záměsi Graf č. 14: Hodnoty stanovení objemové hmotnosti ČBS Graf č. 15: Závislost krychelné pevnosti betonu v tlaku na době zrání ex. záměsí D1 D Graf č. 16: Stanovení hranolové pevnosti betonu v tlaku ex. záměsí po 2 a 28 dnech Graf č. 17: Pevnostní charakteristika z vypočtené hranolové pevnosti betonu v tlaku

14 Graf č. 18: Stanovené hodnoty krychelné a hranolové pevnosti po 2 dnech Graf č. 19: Stanovené hodnoty krychelné a hranolové pevnosti po 28 dnech Graf č. 20: Závislost hranolové pevnosti na krychlené pevnosti betonu ex. záměsí po 28 dnech Graf č. 21: Pevnost v tahu ohybem ex. záměsí před a po 50 cyklech zmrazování betonu Graf č. 22: Pevnost v tlaku na koncích trámců ex. záměsí po 50 cyklech zmrazování betonu Seznam příloh Příloha č. 1: Seznam základních pojmů k 3. a 4. kapitole Příloha č. 2: Stanovení konzistence betonové směsi Příloha č. 3: Sednutí kužele čerstvého betonu s různou třídou konzistence Příloha č. 4: Přehled použitých vzorců

15 Seznam použitých zkratek ČBS čerstvá betonová směs DDT D&Daxner Technology s. r. o. EU Evropská unie ks kusy LCD liquid crystal display (displej z tekutých krystalů) PS polystyren PUR polyuretanová pěna SDO stavební a demoliční odpady TZÚS Technický zkušební ústav stavební, s. p. Cizojazyčné zkratky PDF http WWW Portable Document Format Hypertext Transfer Protocol World Wide Web 2012

16 1. Úvod Plasty, jako nová uměle vytvořená skupina materiálů, ovlivnily a změnily celou řadu po staletí se vyvíjejících oborů lidské činnosti. Ve srovnání s klasickými materiály jako je dřevo, kovy nebo sklo, jsou lehčí, odolnější proti korozi, trvanlivé a mají dobré izolační vlastnosti. Materiál tohoto typu byl poprvé vyvinut v polovině 19. století Alexandrem Parkesem, takže plasty, jako takové jsou relativně nové materiály. Vývoj plastů pokračoval ve dvacátých a třicátých letech 20. století. Díky svým specifickým vlastnostem jako je pevnost, trvanlivost, dobré izolační či antikorozní vlastnosti se brzy začaly používat v různých oblastech průmyslu i denní potřeby. Nahrazují dnes materiály jako dřevo, sklo, papír či kov. Důvodem, proč každým rokem produkce stoupá, jsou především ekonomické aspekty a mnohdy výhodnější vlastnosti plastového substituentu v daném využití. Zvyšující se životní úroveň obyvatel způsobuje rostoucí spotřebu energie, s čímž souvisí růst průmyslové výroby, výroby energie a hlavně problémy se vzrůstajícím množstvím odpadů. Takový růst přináší ekonomickou zátěž a rovněž také zátěž na životní prostředí. Proto se hledají nové a nové formy zpracování a způsoby využití odpadů. Stavebnictví je výrobním odvětvím, které zpracovává značné množství surovin. S rostoucími nároky společnosti na stavební výrobu rostou i nároky na spotřebu stavebního materiálu. S tímto souvisí problematika dostupnosti těchto surovin a v konečném důsledku k nevratnému vyčerpání jejich zásob [6]. Rovněž stavebnictví poskytuje velmi významné a široké možnosti využití průmyslových odpadů při výrobě některých stavebních hmot a dílců a to přímo na stavbách různých pozemních, inženýrských a vodních děl [23]. Vzhledem k rostoucím nárokům na kvalitu provedení staveb, jejich trvanlivost a stejně tak i rychlost výstavby, je v oboru stavebních hmot snahou hledat nové možnosti ve vývoji a použití nových stavebních materiálů. Týká se to i tak tradičního materiálu, jako je beton

17 Samotnou recyklací plastů po ukončení jejich životních cyklů se zabývá mnoho studií, kde je navrhováno značné množství metod, které jsou technicky proveditelné a z výsledků studií i plně dostačující. Například vlákna získaná úpravou PET láhví mohou být využita, jako plnivo do stavebních malt a betonů [9, 13]. Polymery na bázi tvrdé polyuretanové pěny lze recyklovat značným množstvím technologických postupů, od mechanické úpravy (např. broušení, lisování, granulace), přes chemický způsob (hydrolýza, glykolýza), až po termochemickou a energetickou metodu, jež popisující studie [2, 20, 26]. Aplikace polyuretanové pěny, jako rozptýleného plniva, se nabízela i do zmíněných stavebních hmot (malty a lehké betony). Z tohoto pohledu byly tyto nově vzniklé stavební směsi sledovány z fyzikálně-mechanických, hmotnostních a termoizolačních vlastností, ovšem za výrazně snížených pevnostních charakteristik. Rovněž bylo sledováno množství přísad, které byly do těchto směsí přidávány (cement, vápenec, písek, kamenivo) za účelem vylepšení zmíněných vlastností [3, 8, 10, 12, 15, 18]. Takováto materiálová recyklace technologických odpadních plastů může mít pozitivní surovinový a ekonomický dopad. Recyklace a zužitkování průmyslových odpadů šetří základní suroviny a energetické zdroje, oddaluje vyčerpání přírodních zdrojů a přispívá k ochraně životního prostředí [6]

18 2. Cíl práce Cílem disertační práce je ověřit možnosti využití drcené polyuretanové pěny po ukončení jejího životního cyklu o objemové hmotnosti kg.m -3 při výrobě lehkého betonu. Po ověření a volbě vhodné zrnitosti polyuretanové pěny se při výrobě betonových směsí budou sledovat fyzikálně-mechanické vlastnosti betonů na bázi polyuretanové pěny. Z technologického hlediska bude sledována konzistence betonové směsi metodou sednutí kužele, se kterou úzce souvisí zpracovatelnost a čerpatelnost betonu a objemová hmotnost čerstvé betonové směsi (ČBS). Následně budou stanoveny krychelné a hranolové pevnosti betonu v tlaku a mrazuvzdornost. Požadavkem však je, aby polyuretanová pěna nenarušovala fyzikálněmechanické vlastnosti betonů a aby vlastnosti betonů na bázi polyuretanové pěny splňovaly takové požadavky, které jsou dány technickými normami a dalšími současně platnými předpisy [23]. Polyuretanový odpad pro experimentální výzkum v rámci disertační práce bude odebírán od firmy D&Daxner Technology s. r. o., která se zabývá zpracováním polyuretanových odpadů do stavebních hmot

19 3. Plasty Plasty, známé také pod názvem plastické hmoty nebo pod ne zcela přesným (obecnějším) názvem umělé hmoty, označují řadu syntetických nebo polosyntetických polymerních materiálů. Často obsahují další látky ke zlepšení užitných vlastností, např. odolnosti proti stárnutí, zvýšení houževnatosti, pružnosti apod. Jejich název je odvozen z faktu, že mnohé jsou tvarovatelné - mají vlastnost zvanou plasticita [27]. 3.1 Prvky tvořící makromolekulární řetězce Aby se mohl chemický prvek stát součástí makromolekulárního řetězce, musí: - být minimálně dvojvazný; - být dostatečně pevná vznikající chemická vazba. Většinu makromolekulárních látek představují látky s řetězcem C C ( C O, C N ). Známe však i řady anorganických polymerů obsahující vazby Si O, Al O, P O. Je však třeba upozornit na to, že vazba C C je vůči působení kyselin a bázi odolná [25] Polymery Pod pojmem polymer je obecně chápána každá makromolekulární látka, skládající se z opakujících se strukturních jednotek (merů). Polymery mohou být jak anorganické, tak i organické povahy. Mezi anorganické polymery řadíme např. grafit, diamant, křemen, slídu atd. Organické polymery dělíme na syntetické a přírodní. Mezi organické přírodní polymery řadíme látky rostlinného původu (např. celulózu, kaučuk) a látky živočišného původu, především na bázi bílkovinné (vlna, rohovina, srst apod.). Mezi syntetické polymerní materiály řadíme především plastické hmoty, materiály na bázi kaučuku a materiály na bázi celulózy [7]. Podle vnitřní stavby rozeznáváme: - lineární polymery s řetězcem přímým nebo rozvětveným; - plošné polymery struktura polymeru je charakterizována dvojrozměrnými útvary; - prostorové polymery struktura polymeru je trojrozměrná

20 Syntetické polymerní látky se vyrábí z monomeru (případně ze dvou i více různých monomerů) chemickými reakcemi polyreakcemi. Tyto reakce obvykle dělíme na polykondenzace, řetězové polymerace olefinů, polyadice a polymerace cyklických sloučenin. Přitom narážíme i na různé další typy, které jeví znaky např. dvou různých mechanizmů. Podle kinetických hledisek můžeme polyreakce také dělit na stupňovité a řetězové. Přitom je možné připomenout další hledisko, a sice termochemické. Stupňovité polyreakce jsou zpravidla endotermní povahy, zatím co řetězové reakce jsou většinou exotermní probíhají tudíž spontánně a mohou dosahovat značných reakčních rychlostí. Řetězové reakce mohou mít až explozivní průběh [7]. Polyreakce jsou děleny na: - polykondenzace o hydrolytická polymerace cyklických monomerů o prostorová (trojrozměrná polykondenzace) - polymerace na dvojné vazbě o radikálová řetězová polymerace o iontová řetězová polymerace - polyadice a) Polykondenzační reakce Polykondenzace je nejdůležitější stupňovitou polyreakcí. Obvykle je definována jako řada reakcí koncových skupin monomerů, jejichž každá molekula má nejméně dvě reaktivní koncové skupiny (říkáme, že je bifunkční), přičemž každá molekula jen s jednou reakční skupinou ukončuje jeden řetězec a každá molekula s více než dvěma reaktivními funkčními skupinami způsobuje rozvětvení, případně (v dalším průběhu reakce) zesíťování struktury makromolekuly. Rozhodujícím činitelem, který rozhoduje o struktuře makromolekulární látky je tedy průměrná funkcionalita monomerů. Pro lineární polymer je optimální funkcionalita rovna dvěma [7]. Hydrolytická polymerace cyklických monomerů je zvláštním případem polykondenzace. Při ní se molekula cyklického monomeru molekulou vody nejprve hydrolyticky štěpí a získává tak reakční koncové funkční skupiny, které se pak spojují lineární polykondenzační reakcí, při níž se opět uvolňuje voda [7]

21 Prostorová (trojrozměrná) polykondenzace. Jak již bylo uvedeno, každé zvýšení průměrné funkcionality monomerní fáze nad hodnotu 2 způsobuje napřed rozvětvení řetězců a potom vznik trojrozměrně orientovaného polymeru, protože každá molekula se třemi nebo více funkčními skupinami iniciuje růst postranní větve. Je-li takových prostorových větví mnoho, začnou se spojovat a utvoří se příčné vazby mezi původně lineárními řetězci [7]. Mezi vlastnostmi lineárních a prostorových polymerů je značný rozdíl a projevuje se tím nápadněji, čím hustší je vzniklá prostorová struktura [7]. b) Polymerační reakce Výchozí látkou vstupující do polymerace je monomerní látka obsahující alespoň jednu dvojnou vazbu. Při reakci dvojná vazba přechází na vazbu jednoduchou, nebo se přeruší cyklický řetězec a z molekul monomeru vzniká makromolekula. Podle mechanismu iniciace polymerace dělíme polymerační reakce na radikálové a intové [7]. Radikálová polymerace. Při radikálové polymeraci slouží jako iniciátory zejména peroxidy a azosloučeniny. Radikálová polymerace je zahájena nepolárním štěpením dvojné vazby tvořené π elektrony. Takto vzniklý primární radikál je nositelem dostatečného množství energie potřebné ke štěpení dalších π vazeb v monomerních molekulách a dochází tak k řetězové reakci a propagaci makromolekul. Adice pokračuje tak dlouho, dokud nedojde ke srážce dvou rostoucích radikálů a k jejich vzájemné reakci buď rekombinací nebo disproporcionací [7]. Iontová polymerace. Podobně, jako radikálová polymerace probíhá i polymerace iontová řetězovým mechanismem, avšak mechanismus a reakční kinetika u iontové polymerace je poněkud odlišná. Rychlost průběhu iontové polymerace jen málo závisí na teplotě. Iontové polymerace probíhají v řadě případů až explozivně i při velmi nízkých teplotách. U iontových polymerací také nedochází ke spontánnímu ukončení řetězce rekombinací. Iontová polymerace je iniciována kysele nebo zásaditě reagujícími látkami katalyzátory [7]

22 c) Polyadiční reakce Polyadice může mít charakter podle okolností jednou stupňovitý jako polykondenzace, podruhé řetězový jako iontová polymerace. Jejím charakteristickým rysem je, že se vodíkový atom z první molekuly přenese na druhou atd., tak jak se jednotlivé molekuly monomeru postupně připojují k rostoucí makromolekule. Rozeznáváme dva typy těchto reakcí: a) Jeden vodíkový atom se přesouvá po celém rostoucím řetězci od počátku až do konce. b) Do reakce vstupují dva bifunkční monomery, přičemž vodíkový atom se přesune z jedné molekuly monomeru na molekulu druhého monomeru, čímž se tyto molekuly spojí. Nejtypičtějším příkladem polyadice alespoň bifunkčních monomerů s jediným přemístěním vodíku je tvorba polyuretanů. Při ní dochází k adici dvoj nebo vícefunkčního alkoholu (polyolu) na dvoj nebo vícefunkční izokyanát. Bifunkční monomery poskytují lineární makromolekuly polyuretanu [7]. Obr. č. 1: Polyadiční reakce polyuretanu Rozdělení polymerních materiálů Podle původu dělíme polymerní materiály na přírodní a syntetické. Většina syntetických plastů však nebývá složena jen z čistého polymeru. Zpravidla jsou tvořeny 3 složkami: - pojivo (základní polymer nebo i více polymerních látek). - plnivo (různé příměsi anorganické i organické). - přísady (stabilizátory, maziva, změkčovadla, pigmenty, apod.)

23 Uvedené přísady upravují vlastnosti plastů (mechanické, estetické, elektrické atd.). Rozdělení plastických hmot podle fyzikálních vlastností a jejich změn účinkem tepla. I) Plastomery (termoplasty) jsou makromolekulární látky, které se zahřátím stávají plastickými a dají se libovolně tvarovat (PE, PP, PVC, PS, PMMA a další). Po ochlazení nabudou vlastností původního materiálu [7]. II) Duromery (reaktoplasty, termosety) jsou makromolekulární teplem tvrditelné. Působením tepla při tvarování se strukturně mění vytvrzují. Novým zahřátím je již nelze převést do plastického stavu (fenolformaldehydové pryskyřice, močovinoformaldehydové pryskyřice, epoxidy, některé polyuretany a další) [7]. III) Elastomery (elasty) jsou makromolekulární látky s elastickými vlastnostmi. Zahřátím je nelze plasticky tvarovat (přírodní kaučuk, butadeniový kaučuk). Tato skupina se často uvádí zvlášť, protože materiály do ní spadající je možno zařadit do jedné z výše uvedených skupin, nejčastěji mezi duromery [7]. Tabulka č. 1: Názvy a zkratky nejznámějších polymerů Zkratka Název polymeru PE polyethylen PP polypropylen PVC polyvinylchlorid PS polystyren PUR polyuretan PF polyfenolformaldehyd PMMA polymetylmethakrylát UF močovinoformaldehydové pryskyřice

24 4. Polyuretan (PUR) Průkopnické práce v možnostech syntézy a využití polyuretanů se začaly objevovat v roce 1937 a zasloužil se o ně především Otto Bayer se svými spolupracovníky v rámci výzkumné činnosti u společnosti I. G. Farben. Již za druhé světové války měla některá německá letadla polyuretanové nátěry. První patenty na přípravu PUR pěny přihlásil rovněž Otto Bayer. Po roce 1957 nastal skutečný rozmach s používáním nového typu polyolů na bázi polyéterů. Velká variabilita typů polyéterpolyolů umožnila docílit široké spektrum vlastností různých systémů polyuretanu při přijatelné ceně. Na trhu se objevily první PUR systémy pro přípravu tvrdých pěn využívané, jako tepelné izolace ledniček. Postupně se staly pro své výborné termo-izolační a mechanické vlastnosti (tabulky č. 2 a 3, viz kap ) součástí stavebních materiálů. Chemická podstata polyuretanu se za dobu existence propracovává a vývoj jde stále kupředu, i když princip zůstává původní. Rychlé rozšíření užití polyuretanu má zajisté příčinu ve vynikajících funkčních vlastnostech [28, 37]. 4.1 Polyuretanová pěna Pod pojmem polyuretany rozumíme širokou skupinu polymerů vzniklých reakcí vícefunkčních izokyanátů a vícefunkčních alkoholů. Nejčastěji se vyrábějí polyadiční reakcí. Podle funkčnosti reagujících složek vznikají lineární nebo prostorově uspořádané polyadukty. Charakteristickou vazební jednotkou je uretanová skupina NH CO O. Isokyanáty jsou velmi reaktivní. Reagují nejen s hydroxylovými skupinami, ale i s jinými látkami obsahujícími aktivní vodíkové atomy. S aminy reagují za vzniku substituovaných močovin, kde při reakci s vodou vznikají aminy a odštěpují oxid uhličitý. Isokyanáty s nízkou molekulovou hmotností jsou snadno těkavé kapaliny a jsou také velmi toxické látky. To vše naznačuje, že výroba polyuretanů je z hlediska bezpečnosti a technologie velmi náročná. Aby proběhla reakce izokyanátu s hydroxy sloučeninou, je nutno pracovat s velice čistými surovinami a ve zcela bezvodném prostředí [7]

25 Teplota disociace uretanové vazby závisí na povaze skupin spojených touto vazbou. Různé uretany jsou prakticky stabilní do těchto teplot: - aryl NH CO O aryl asi do 120 C, - alkyl NH CO O aryl asi do 180 C, - aryl NH CO O alkyl asi do 200 C, - alkyl NH CO O alkyl asi do 250 C. Přibližně 95 % produkce PUR je založeno na aromatických polyisokyanátech, které jsou levnější a reaktivnější než alifatické [7]. Nevýhodou aromatických izokyanátů je tendence jejich produktů ke žloutnutí vlivem světla a kyslíku. Tento nedostatek nemají polyuretany připravené z alifatických a cykloalifatických izokyanátů, které jsou velmi těkavé a značně toxické. Při výrobě PUR se jako druhá složka jen výjimečně používají monomerní dioly. Téměř vždy se používají oligomerní až polymerní produkty s koncovými hydroxylovými skupinami. Důvody pro to jsou jednak ekonomické a také technické. S monomerními vícefunkčními alkoholy se obtížně reguluje průběh reakce (stupeň sesíťování) a tedy vlastnosti výsledného produktu. Alkoholová složka je také výrazně levnější než izokyanátová, a tím klesají celkové náklady na produkt. V praxi se tedy místo jednoduchých vícefunkčních alkoholů používají polyetheralkoholy a polyesteralkoholy [7]. Obr. č. 2: Specifické napěňování polyuretanové pěny [29]

26 Polyuretany mohou mít, podle své vnitřní struktury, charakter termoplastu, reaktoplastu i elastomeru. Závisí to jednak na výchozích surovinách a také na použité technologií výroby. Převažující modifikací jsou pěnové typy polyuretanů. Známé jsou především měkké elastické pěnové hmoty. Méně známé, avšak široce používané jsou tuhé pěnové polyuretany. Variantou prostých pěnových materiálů jsou tzv. integrální pěny. Polyuretan se však používá i v podobě plastu, vláken, nátěrových hmot, tmelů a lepidel [7] Vlastnosti polyuretanové pěny Polyuretanové (PUR) pěny nabízejí atraktivní rovnováhu tzv. výkonu (vlastnosti stárnutí, mechanická pevnost, přetvárné vlastnosti, chemická odolnost, izolační vlastnosti) a nákladů [38]. Součinitel tepelné vodivosti je u polyuretanu velmi nízký. Nejnižší ze všech užívaných izolantů. Extrémně lze např. dosáhnout hodnotu součinitele tepelné vodivosti 0,016 W.m -1.K -1 měřenou krátce po napěnění při použití fluortrichlormetanu jako nadouvadla. V průběhu doby se tato veličina zvýší na hodnotu kolem 0,023 W.m -1.K -1. Praktickou hodnotu součinitele tepelné vodivosti rovněž ovlivňuje způsob aplikace polyuretanu - zda je uzavřen, oplášťován nebo volně přístupný okolnímu prostředí. Jsou známé vztahy tepelné vodivosti k objemové hmotnosti pěny k obsahu vlhkosti nebo ke střední teplotě. Obr. č. 3: Porovnání tloušťky izolace polyuretanu s jinými druhy materiálů [40]

27 Další souvislosti jsou s tvarem buněk pěny, zda je pravidelný, kulovitý nebo je elipsoidovitý či jinak nepravidelný. Podle toho je pěna izotropní a její vlastnosti jsou ve všech směrech shodné nebo neizotropní, u níž jsou vlastnosti závislé na směru působení. Tabulka č. 2: Mechanické vlastnosti polyuretanové pěny [29] Mechanické vlastnosti PUR pěny Fyzikální veličina Jednotka Hodnota Norma Měrná hmotnost kg.m DIN Pevnost v tlaku N.mm -2 0,20 0,25 0,40 0,60 0,90 DIN Pevnost v tahu N.mm -2 0,35 0,60 0,85 1,00 1,20 DIN Pevnost v ohybu N.mm -2 0,30 0,45 0,7 0,95 1,50 DIN Pevnost ve střihu N.mm -2 0,15 0,20 0, DIN E-modul N.mm DIN Tabulka č. 3: Tepelně technické vlastnosti polyuretanové pěny [29] Tepelně technické vlastnosti PUR Fyzikální veličina Hodnota Norma Součinitel tepelné vodivosti λ (měřená hodnota) (platí pro materiály na bázi chemicko-fyzikálního nadouvání) Součinitel lineární tepelné roztažnosti (platí pro měrnou hmotnost kg.m -3 ) Součinitel odporu difůze vodních par μ (platí pro měrnou hmotnost kg.m -3 ) 0,020-0,025 W.m -1.K -1 DIN x 10-5 K DIN Nasákavost (20 C) po 24 hod. 2, max. 5 objem % DIN Nasákavost (20 C) po 28 dnech 2, max. 5 objem % DIN Obrysová stabilita 0,0-0,2 objemových % 0,24 kj.kg -1 Specifické teplo 1,382 kj.kg -1.K -1 0,33 kcal.kg -1. C

28 Pevnost v tlaku se zjišťuje jako hodnota příslušná určitému dohodnutému stlačení zkušebního vzorku (obvykle při 10 % stlačení). Sorpční rovnováha vzhledem ke struktuře s uzavřenými buňkami je velmi nízká - při uložení v prostředí se 100 % relativní vlhkostí nedosahuje ani 5 % hmotnosti. Tato vlastnost je také jednou z podmínek zajištění nepropustnosti pro vodu [37]. 4.2 Vypěňovací činidla K vypěnění polyuretanu za vzniku měkké až tvrdé pěny lze použít chemický a fyzikální způsob. V případě tvrdých izolačních pěn hraje druh plynu významnou roli, jelikož je odpovědný za tepelnou vodivost materiálu. Dalšími požadovanými vlastnostmi jsou např. malá rychlost difuze z buněk, nehořlavost, zdravotní nezávadnost, rozpustnost v polyolu a v neposlední řadě chemická inertnost a nízká agresivita vůči PUR materiálu. Těmito vlastnostmi disponují dříve používané freony. V současné době se k vypěňování využívají izomery pentanu a v nezbytných případech čisté fluorovodíky (např. HCF-134a) [37]. Chemický způsob výroby je založen na vzniku oxidu uhličitého z vody, přidané do reakčního systému, reakcí s izokyanátovou skupinou za vzniku močovinové vazby. Tento způsob se dnes používá hlavně při výrobě měkkých pěn s otevřenou strukturou, kde vznikající plyn volně uniká a nemá tedy na vlastnosti a použití pěny vliv. Fyzikální princip výroby je založen na rychlém odpaření nízkovroucí kapaliny, která je jemně dispergovaná v reakčním systému. Děj se obvykle odehraje díky vznikajícímu reakčnímu teplu [37] Měkké polyuretanové pěny Měkké polyuretanové pěny se používají v nábytkářském průmyslu při výrobě matrací, výplní čalouněných výrobků a automobilových sedadel, v obalové technice k tlumení nárazů a vibrací, jako zvukové izolace a jiné. Pro strukturu pěny jsou typické otevřené buňky a z toho plynoucí prodyšnost i možná nasákavost pěny

29 Bloky pěny jsou vypěňovány převážně v otevřených formách, což má za následek vznik poměrně velkého množství odpadu z výroby, dosahující podle geometrie formy až 10 %. Naopak výroba tvarově složitějších pěn, např. výplní automobilových sedadel, se odehrává v uzavřených formách a je prakticky bezodpadová [37]. Obr. č. 4: PUR pěny používané v obalové technice I Obr. č. 5: Měkká polyuretanová pěna Tvrdé PUR pěny Vypěnění hmoty je možné, stejně jako u měkkých pěn, vznikajícím oxidem uhličitým. Při výrobě izolačních pěn se však přechází na zpěňování pentanem, přidaným do reakční směsi. K jeho rychlému odpaření, a tím i vypěnění, dojde vlivem reakčního tepla při překročení teploty varu pentanu 36,1 C. Takto vypěněná hmota vykazuje nižší tepelnou vodivost [30]. Obr. č. 6: Tvrdá polyuretanová pěna Obr. č. 7: PUR pěny používané v obalové technice II

30 Tvrdé pěny nalezly tak hlavní uplatnění jako tepelné izolace ve stavebnictví, kde se používají ve formě izolačních panelů, sendvičových konstrukčních prvků nebo jako dodatečně vytvářené stříkané izolační vrstvy. Obr. č. 8: Uplatnění polyuretanové pěny ve stavebnictví, jako: izolace stěn (vnitřní, vnější), izolace podlahy a střechy v různých provedeních [40]. Dobré izolační vlastnosti jsou podmíněny strukturou, tvořenou uzavřenými buňkami, jejich rozměrem a plynem, který je vyplňuje [37]. Rovněž jsou vhodné i jako izolační materiál v chladící (mrazící) technice. Například spotřeba tvrdé polyuretanové pěny v Číně a Mexiku, které jsou významnými producenty při výrobě chladniček a mrazniček, tvoří více než 50 % celkové spotřeby polyuretanové pěny na světě [38]. 4.3 Produkce polyuretanů ve světě Celkový objem výroby pro rok 2004 představoval kt. V tomto průmyslu bylo zaměstnáno pracovníků a celkový obrat ve výrobním sektoru činil 125,7 mld., přičemž trend produkce polyuretanových materiálů byl nadále stoupající [31]. Předpokládalo se, že pro většinu regionů světa bude poptávka po flexibilních polyuretanových pěnách rostoucí průměrným ročním tempem cca 2 5 %, což by

31 pro rok 2012 představovalo objem výroby cca kt PUR materiálů. Nicméně po globální ekonomické krizi v letech 2008 a 2009 je předpokládáno do roku 2013 navýšení průměrného ročního tempa růstu na 5 15 % [38]. Na grafu č. 1 je znázorněno procentuelní zastoupení spotřeby polyuretanové pěny pro jednotlivé světové části, kde vede západní Evropa (20,2 %), těsně následována Čínou (18,5 %) a Spojenými státy (17,7 %). Spotřeba Mexika, které se zaměřuje na výrobu polyuretanové pěny do chladících zařízení je 2,3 %. Světová spotřeba polyuretanové pěny 0,8% 2,7% 2,3% 3,7% 20,2% 18,5% Západní Evropa Čína Spojené Státy Asie Afrika/Střední východ Střední/Východní Evropa 6,7% 8,6% 9,3% 9,6% 17,7% Střední/Jížní afrika Japonsko Mexiko Kanada Oceánie Graf č. 1: Světová spotřeba polyuretanové pěny [39] Z pohledu objemové výroby polyuretanových produktů pro nejvýraznější průmyslová odvětví procentuelně znázorňuje graf č. 2, kde je vidět nejvyšší produkce ve stavebnictví, nábytkářství a automobilovém průmyslu. Ovšem z ekonomického pohledu je nejvyšší obrat v mld. v průmyslu, zabývajícím se automobily, lepidly a výrobou polyuretanu, jako izolace do ledniček

32 Rozdělení objemu výroby PUR produktů 17% 13% 8% 6% Stavebnictví Nábytkářství 5% Automobilový průmysl Barvy Lepidla 17% 17% Obuvnictví Elastomery Ledničky 17% Graf č. 2: Rozdělení objemu výroby PUR produktů [38] Vlastnosti polyuretanové pěny a) Funkční vlastnosti Vynikající izolační schopnost, možnost zpracování na místě nebo do libovolné formy, přilnavost (kotvení) k plášťovým materiálům a podkladům, buněčná struktura s uzavřenými dutinkami, nízká nasákavost, nepatrná hmotnost a pevnost [37]. b) Aplikační možnosti Polyuretan je materiál "programovatelný", kde podle jeho chemického složení a vytvoření může vzniknout řada zcela odlišných typů - od měkkých pěn přes tvrdé pěny až po strukturální polyuretany pro výrobky stavebního i spotřebního průmyslu, od běžně hořlavého polyuretanu přes samozhášivé až po těžko hořlavé, či nehořlavé typy, s teplotní odolností běžnou do 300 C [37]. c) Zpracovatelské výhody Výrobek se dostane co nejblíže k místu použití - od výrobce polyuretanu ke zpracovateli se dopravuje surovina jako kapalina ve dvou složkách, tedy velmi

33 úsporně na přepravu objemu. Způsob zpracování má významné technologické výhody (adheze k povrchům bez nutnosti lepení, vyplnění dutin atd.) [37]. d) Toxicita Polyuretan je zdravotně nezávadný, avšak při práci se surovinami, které jsou v tekutém stavu toxické, při jejich přepravě a zacházení s nimi, je třeba dodržovat příslušná bezpečnostní opatření. Po vytvrzení je pěna zcela neškodná. Nedochází k odpařování jakýchkoliv škodlivin. Polyuretan není napadán plísněmi ani hmyzem, má trvalou odolnost proti hnilobě. Pokud jde o odpad v podobě tvrdé pěny je o jeho další využití velký zájem jednak pro izolační zásypy a jednak jako použití do litých polyuretanových výrobků [37]. e) Hořlavost Běžně se používají samozhášivé typy tvrdé polyuretanové pěny. Pro užití polyuretanu ve stavbách existují pouze omezení, daná stavebními předpisy a požárně technickou normou. Vzhledem k malé hmotnosti PUR jako izolantu nedochází k podstatnému zvýšení požárního zatížení [37]. 4.4 Použití polyuretanu ve stavebnictví Polyuretan může mít podobu tvrdé pěny ve formě desky pro tepelné izolování, ve formě sendvičového panelu pro opláštění budov, ve formě aplikace na místě jako výplň dutin nebo vytvoření vrstvy, která má tepelně izolační i hydroizolační funkci. U všech těchto aplikací se příznivě projeví vlastnosti tvrdé polyuretanové pěny: nízká tepelná vodivost, pevnost, odolnost proti chemickým vlivům a další. Jinou podobou je elastomer ve formě na místě aplikované fólie jako ochrana proti korozi, hydroizolace, ochrana proti oděru apod. Polyuretan ve formě tmelů a lepidel, dodávaných v kartuších, představuje vyšší úroveň mezi výrobky pro tyto aplikace [37]. Polyuretanové barvy jsou známé svou vysokou kvalitou a funkční efektivností

34 4.5 Zdroje polyuretanového odpadu Odhadované množství polyuretanového odpadu v roce 2004 představovalo 1500 kt, což je cca 0,2 % z produkovaného směsného odpadu. Zhruba jen jedna polovina PUR odpadu je recyklovatelná. Druhá polovina není pro znečištění a značný rozptyl v ostatním odpadu zpracovatelná a končí na skládkách. Hlavním zdrojem odpadního PUR je automobilový a nábytkářský průmysl, respektive odpad ve formě měkkých pěn. Zpracování těchto odpadů (sedadla automobilů, matrace apod.) je nejpropracovanější pro jejich snadnou oddělitelnost i relativně vysokou čistotu. Ačkoli v současnosti připadá největší podíl produkovaných polyuretanů na stavební materiály, tj. tvrdé termoizolační pěny, sendvičové konstrukční materiály a stříkané pěnové izolace, představují tyto materiály pouze 1,2 % z celkového množství PUR odpadů. Tento fakt je způsoben dlouhou životností těchto materiálů a konstrukcí, odhadovaných na 40 až 50 let [32]. K masivnějšímu využití PUR pěn ve stavebnictví došlo až ve druhé polovině 90. let 20. století. Proto se větší množství odpadu tvořeného tvrdou PUR pěnou začne objevovat až v budoucnu a stane se, spolu s měkkými pěnami, jednou z jeho hlavních složek. Mezi prakticky nerecyklovatelné odpady patří nátěrové hmoty a lepidla, které tvoří cca 1/3 z celkového objemu vyráběných polyuretanů [32] Současný stav využití PUR odpadu Pro rok 2004 tvořil objem recyklovaných polyuretanů cca 350 kt (tj. 10,5 % z celk. množ. PUR odpadu). Pro EU a USA jsou jednotlivé produkty/metody recyklace znázorněny v tabulce č. 4, ze které je patrné, že většina (58,2 %) recyklovaného odpadu končí ve spalovnách a nejde tedy o recyklaci v pravém slova smyslu, jelikož se jednou vzniklé chemické struktury původního polyuretanu navždy rozruší. Tento způsob využití rovněž nevede ke zmenšení objemů vstupních surovin na výrobu nových polyuretanových produktů. Naopak způsoby chemické recyklace vedoucí obvykle k regeneraci polyolu, popř. jako zdroj nižších aromatických aminů, patří k nejméně využívaným metodám [32]

35 Tabulka č. 4: Tabulka zpracování PUR odpadu Produkt/metoda Zpracovávaný objem (kt/rok) Zpracovávaný objem (%) spalování-energetické využití ,2 re-bording měkkých pěn ,3 za tepla lisované krytiny 7 2,0 termoizolační sypané vrstvy 3 0,9 sorbenty ropných látek 2 0,6 průmyslové zplyňování 2 0,6 plnidla 1 0,3 chemolýza < 1 0, Možnosti recyklace PUR odpadu V posledních letech prodělalo odvětví recyklace polyuretanů velký rozmach a mnohé metody recyklace byly již dotaženy do průmyslového využití. Největší důraz je kladen na zvládnutí technologie recyklace měkkých polyuretanových pěn s návazností na recyklaci autovraků, kde činí průměrné zastoupení polyuretanového odpadu na jedno auto cca 18 kg. Hlavní podíl připadá na výplně sedadel, menší část pak na polyuretanové pěny s integrálním povrchem, použité např. k výrobě volantů [33]. Metody recyklace můžeme podle hlavního principu rozdělit na mechanické, chemické, termochemické, energetické. Využitelnost jednotlivých metod závisí hlavně na objemu zpracovávaného odpadu, jeho čistotě, popř. na typu znečištění [32]. Mechanické metody můžeme nazvat také materiálovou recyklací, protože je polymer využíván ve své původní podobě a zpracování se omezuje pouze na mechanické operace jako třídění, praní, rozemílání, lisování, lepení aj. Do této oblasti spadá jedna z nejhojněji využívaných metod recyklace měkkých polyuretanových pěn, tzv. rebonding, kdy je pěna namleta na větší kusy a s pomocí nového diizokyanátu a polyolu spojena opět do bloků. Takto vzniklá pěna může ve většině případů zcela nahradit pěny vyráběné z čistě nových surovin [34]. Chemické metody jsou založené většinou na štěpení uretanových vazeb v místě O C vhodným činidlem na bazické nebo kyselé katalýzy. Cílem těchto

36 procesů bývá regenerace původního polyolu za současného omezení vzniku aromatických aminů [1]. Chemická regenerace není příliš dosud rozšířena pro značnou energetickou náročnost celého procesu, který je obvykle spojen s několikahodinovým zahříváním reakční směsi na teploty okolo 200 C [14]. Poslední poznatky z oblasti recyklace měkkých pěn ukazují, že k velmi výraznému urychlení celého štěpného procesu dochází při použití mikrovlnného ohřevu reakční směsi. Obecně lze konstatovat, že chemické metody recyklace vyžadují pečlivé nastavení podmínek štěpení a jednodruhovost (čistotu) recyklovaného materiálu. Jde tedy o metody dobře uplatnitelné k recyklaci odpadu vznikajícího při výrobě samotného materiálu, jako alternativa k obvyklejšímu spalování procesních odpadů. Termochemické zpracování polyuretanů a polymerního odpadu vychází ze stejných principů jako petrochemické zpracování ropy a uhlí. Patří zde hlavně pyrolýza, zplyňování a hydrogenační štěpení. Tyto metody nenalezly v praxi dosud většího uplatnění pro značné investiční náklady a vysoký obsah dusíkatých derivátů v reakčních produktech, respektive oxidů dusíku ve spalinách vzniklých při jejich spalování [35]. Energetické využití polyuretanů, čili spalování, je podmíněno zejména vysokou výhřevností PUR materiálů na úrovni MJ.kg -1 [35]. Spalování je obecně jedinou alternativou pro využití silně znečištěného a nehomogenního odpadu. V současnosti končí ve spalovnách většina polyuretanového odpadu z celkového recyklovaného množství. Pokusné řízené spalování čistých polyuretanů ukazuje, že nedochází k překročení limitů obsahu kyanovodíku ve spalinách, což bývá častý produkt hoření při nedokonalém spalování na dusík bohatých polymerů v lokálních topeništích [36]. Tabulka č. 5: Současné metody zpracování polyuretanových odpadů Chemické Termochemické Mechanické Energetické Hydrolýza Hydrokrakování Re-bonding Spalovny odpadu Alkoholýza Pyrolýza Lisování za tepla Cementační pece Glykolýza Zplyňování Vstřikování Vysoké pece Aminolýza Slepování Hydroglykolýza Výroba plnidel Frakcionace

37 4.5.3 Mechanické předprava materiálu Mechanická předúprava materiálu je nutná pro většinu recyklačních metod. U směsných odpadů souvisí hlavně s tříděním, čištěním a následným drcením odpadu na částice vhodné pro další zpracování. Procesní odpady jsou většinou čisté jednodruhové, proto se jejich úprava před dalším recyklačním postupem omezuje na drcení a rozemílání. Recyklační metody se týkají hlavně pěnových materiálů, kterých je produkováno nejvíce, a to nejen hmotnostně, ale hlavně objemově. Mechanické operace jsou tedy zaměřeny na zmenšení objemu odpadu. V závislosti na struktuře a tuhosti zpracovávaného materiálu jsou v praxi používány metody, které slouží k redukci objemu pěnových materiálů [37]. a) Zpracování měkkých pěn Specifickým rysem měkkých pěn je struktura tvořená z otevřených buněk. Pěny jsou tedy dobře stlačitelné a ke zmenšení objemu, před transportem na místo zpracování, bývá využito prosté lisování do balíků, které jsou zajištěny proti zpětné expanzi. Dosahovaná měrná hmotnost materiálu se pohybuje mezi kg.m -3. Rozemílání pěn s otevřenou strukturou a následné lisování vede k výraznější redukci objemu [37]. b) Zpracování tvrdých pěn Na rozdíl od měkkých pěn mají tvrdé pěny uzavřenou strukturu, a proto je zmenšování objemu spojeno s rozrušením buněk a uvolněním vypěňovacího plynu. K tomu je potřeba pěnový materiál rozdrtit nebo namlít na rozměr částic o velikosti odpovídající maximálně několikanásobku průměrné velikosti buněk tvořící pěnu. Menší jemnost mletí není potřebná pro obvyklou křehkost materiálů, tvořící tvrdou pěnu, kdy stěny buněk praskají již při nepřímé mechanické námaze. Rozemílání tvrdých pěn je spojeno s vysokou prašností, a díky výborným elektroizolačním vlastnostem polyuretanů i s elektrostatickým nabíjením částic. U mechanického zpracování pěn vypěněných pentanem (dříve freony) je nutné z ekologického hlediska zajistit záchyt plynu. Technologicky přijatelným postupem pro pentan i freony je vymražování či zkapalňování uvolněných plynů

38 Zařízení k mechanickému zpracování PUR pěn i regeneraci uvolněných plynů jsou již komerčně dostupná [37]. Podle principu rozemílání a uspořádání mlecího procesu rozlišujeme několik základních typů používaných zařízení a to: - nožový mlýn - impaktní odstředivý mlýn - válcový mlýn - kryogenní rozemílání - peletovací mlýn

39 Hmotnost [tis. t/rok] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích 5. Stručná charakteristika stavebních odpadů Stavebnictví je hospodářský obor zahrnující výstavbu, údržbu, modernizaci, rekonstrukci a demolici stavebních objektů. Jedná se o objekty pro sociální účely, průmyslovou a zemědělskou výrobu, dopravu a energetiku. Ze stavebnictví, v závislosti na míře výstavby, je produkováno jisté množství odpadů. Stavební a demoliční odpady (SDO) vznikají při zřizování, údržbě, rekonstrukcích a odstraňování staveb. Stavební odpad představuje v EU i v ČR velmi významný podíl na celkové produkci odpadu společnosti (cca 25 %). Na jednoho obyvatele v ČR připadá 0,6 až 1,0 t stavebního odpadu ročně. Podle údajů Českého statistického úřadu vzniklo v roce 2008 v ČR 10,65 mil. tun odpadů ze stavebnictví, z toho 175 tis. tun nebezpečných odpadů [41]. Průměrná produkce a recyklace stavebních a demoličních odpadů produkce SDO recyklace SDO Graf č. 3: Průměrná produkce a recyklace stavebních a demoličních odpadů [42]

40 5.1 Základní druhy stavebních a demoličních odpadů obsahuje: Stavební suť z pozemních staveb, jejíž složení demonstruje graf č. 4, a) Výkopová zemina (69,4 %) f) Sklo (0,1 %) b) Cihly (5,2 %) g) Plast (0,1 %) c) Beton (7,6 %) h) Kovy (10,5 %) d) Dřevo (0,2 %) i) Azbest (0,1 %) e) Asfalt (3,1 %) j) Ostatní (3,7%) Složení stavebních a demoličních odapadů 10,5% 0,1% 69,4% Beton Cihla Dřevo Asfalt Sklo 0,1% 3,1% 0,2% 5,2% Kovy Plast Zemina 7,6% 3,7% 0,1% Azbest Ostatní Graf č. 4: Složení stavebních a demoličních odpadů Beton je jedním z nejdůležitějších a nejčastěji používaných stavebních materiálů. Přebytečný a zbytkový beton je naopak obtížným odpadem, který dle grafu č. 4 představuje z celkového množství stavebních odpadů 7,6 %. Pokud se beton nezpracuje, tvrdne a jeho likvidace se stává přítěží. Úlomky betonu vznikají při demolici betonových částí budov, ale také betonových povrchů vozovek, inženýrských staveb apod. Betonové odpady jsou relativně čisté a homogenní. V případě železobetonu je separace železa poměrně snadná, kdy po drcení se ocelová výztuž odděluje magneticky [41]

41 6. Beton, jeho složky a vlastnosti Beton je dnes nejrozšířenějším stavebním materiálem. Jde o kompozitní stavební směs sestávající ze dvou základních komponent: plniva a pojiva. Obecně může být plnivem i pojivem velké množství různých materiálů, jednoznačně nejčastěji je však plnivem kamenivo a pojivem portlandský cement (případně při jiném způsobu chápání výrazu pojivo soustava portlandský cement + voda). Proto je za beton často považován právě jen kompozit na bázi kameniva a portlandského cementu. Pro vlastnosti zatvrdlého betonu, které nás při navrhování betonových konstrukcí nejvíce zajímají, má největší význam jeho složení a případně i způsob výroby. Vznik betonu z jeho výchozích složek je schematicky znázorněn na obr. č. 9, který současně pomáhá osvětlit i význam některých pojmů, s nimiž se v technologii betonu setkáme. Obr. č. 9: Schematické znázornění vzniku betonu [22]

42 6.1 Struktura a textura betonu Cementový beton je umělý kámen. Oproti přírodním kamenům má však cementový beton tu zvláštnost, že se v něm celé roky odehrávají fyzikální a chemické pochody, které ovlivňují jeho jakost a fyzikální vlastnosti, tzn., že v betonu kromě tuhé látky jsou i látky tekuté a plynné. Cementový beton není celistvou hmotou a projevuje se od ní odlišnými vlastnostmi (smršťování a bobtnání). Z pohledu na tyto vlastnosti nazval francouzský vědec E. F. Freyssinet beton hmotou pseudosolidnou. Beton přebírá vlastnosti dvojích součástí a jeho stavba a vazba závisí od tvaru, množství a zpracovatelnosti těchto součástí. Beton jako umělý kámen můžeme vzhledem k jeho skladbě posuzovat jako horniny. Tu se nám zobrazují dvě kritéria známé z geologie: struktura a textura. Struktura betonu i struktura cementového tmelu je dána hustotou seřazení jednotlivých zrn, např. krystalů, a jejich vzájemnou vazbou. Texturou rozumíme seřazení jednotlivých zrn vedle sebe, takže vzniká textura vrstevná, všesměrná, velkozrnná apod. Je jisté, že struktura i textura ovlivňují chování betonu, ať už se to projeví na pevnosti betonu nebo na jiných jevech [23]. 6.2 Plnivo do betonu - kamenivo Kamenivo je zrnitý materiál, který je obvykle chemicky neaktivní. Zrna kameniva jsou rozptýlena v cementové matrici hlavně proto, aby se snížila cena betonu, protože je obvykle levnější než cement. Ovšem kamenivo hraje v betonu nesmírně významnou roli: představuje dvě třetiny až tři čtvrtiny jeho objemu, propůjčuje betonu lepší objemovou stabilitu a lepší trvanlivost. Kromě toho hraje kamenivo důležitou roli i z hlediska pevnosti betonu. Nejnápadnějším rysem kameniva je jeho zrnitý charakter. Kamenivo je složeno z množství samostatných zrn. Pokud jsou zrna kameniva menší než 4 mm, označujeme takové kamenivo jako písek, pokud jsou zrna větší, mluvíme o hrubém kamenivu (drť nebo štěrk) [4]

43 6.3 Plnivo do betonu - drcená polyuretanová pěna Novou možností mechanické recyklace tvrdých polyuretanových pěn je recyklace těchto pěn, a to jako náhrada plniva (kameniva) do betonových směsí. K hrubému rozrušení velkých kusů polyuretanového odpadu o objemové hmotnosti kg.m -3 se používají většinou kladivové drtiče, kterými dochází k rozmělňování materiálu až do zrnitostní frakce 12/16 mm. K dalšímu zdrobňování dochází na tzv. rychloběžných nožových mlýnech. Tímto postupem jsme schopni dostat drť polyuretanové pěny o velikosti zrn 4/8 mm, která je vhodná jako plnivo do betonových směsí lehké betony. Obr. č. 10: Polyuretanová drť (velikost frakce 4/8 mm) Volba vhodné zrnitosti polyuretanové pěny s následnou aplikací do lehkých betonů se řídí třemi základními aspekty, které spolu vzájemně souvisejí: - nejdříve je třeba zjistit zrnitost PUR pěny tím, že se provede sítový rozbor; - druhý aspekt spočívá ve volbě vhodné zrnitosti; - třetí aspekt se týká metody skladby PUR pěny tak, aby bylo dosaženo optimální křivky zrnitosti Zrnitostní rozbor PUR odpadu Jedním z nejdůležitějších ukazatelů jakosti suroviny je sítový rozbor materiálu, který se provádí tříděním vzorku suroviny na soustavě sít s postupně se zmenšujícími velikostmi ok

44 Aby bylo dosaženo vyhovujících fyzikálně-mechanických vlastností betonu na bázi polyuretanu, je nutné, aby PUR pěna měla stanovenou odpovídající křivku zrnitosti. Granulometrické složení, které tak vychází ze zrnitostního rozboru, je i zásadní parametr pro návrh receptur betonových směsí na bázi polyuretanového odpadu. Pro rozdělení zrn polyuretanové (PUR) pěny podle velikosti je třeba rozdělit reprezentativní vzorek PUR pěny na jednotlivé frakce, z nichž každá obsahuje zrna zhruba stejné velikosti (d). Toho se dosáhne prosátím vzorku přes sadu normových sít, která mají otvory dané velikosti. Jednotlivá síta se dají uspořádat nad sebe, takže po přesátí je PUR pěna rozdělena do několika frakcí. Frakce mají zrnitost omezenou velikostí otvoru horního a dolního síta. Jednotlivé frakce (zbytky na jednotlivých sítech) mohou být zváženy a získané hodnoty uspořádány do tabulky. Je vhodné vyjádřit frakce v procentech celkové hmotnosti vzorku; také je vhodné vypočítat hmotnosti, nebo lépe procenta veškerého materiálu, který byl zachycen na daném sítu a na sítech s většími otvory, stejně jako vypočítat hmotnost veškerého materiálu, který daným sítem propadl. Tak je získán celkový zbytek na daném sítě a celkový propad daným sítem. Jejich součet musí dát 100%. Rozměry oka hrubšího síta jsou vždy dvojnásobkem rozměru oka předešlého síta. Pokud vyneseme celkové zbytky nebo propady graficky pro jednotlivá síta (jednotlivé rozměry otvorů d), získáme křivku zrnitosti. Tato křivka zrnitosti může být vynesena buď v lineární, nebo logaritmické podobě grafu [4]. 6.4 Cement Cement je hydraulické pojivo, tj. jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou vytváří kaši, která tuhne a tvrdne v důsledku hydratačních reakcí a procesů. Po zatvrdnutí zachovává svoji pevnost a stálost také ve vodě [74]. Ve své podstatě je cement prášek, který smíchán s vodou poskytuje hmotu (pastu), která snadno mění tvar a která za několik hodin ztrácí svoji plasticitu (nastává tuhnutí). Během několika dní získává vlastnosti podobné přírodnímu kameni (proces nazýváme tvrdnutí) a cementový kámen je schopen odolávat mechanickému namáhání [4]

45 Cementy se značí označením CEM (dle ČSN EN [74]) a dělí se do pěti hlavních tříd: - CEM I Portlandský cement; - CEM II Portlandský cement směsný; - CEM III Vysokopecní cement; - CEM IV Pucolánový cement; - CEM V Směsný cement Třídy pevnosti cementu Teoreticky může být každý cement výrobcem dodáván v následujících třídách pevnosti: 32,5N, 32,5R, 42,5N, 42,5R, 52,5N a 52,5R. Čísla 32,5, 42,5 a 52,5 určují minimální tlakovou pevnost malty, která je vyjádřena v N.mm -2, tedy v MPa. Tato pevnost je zjišťována ve stáří 28 dnů. Tabulka č. 6: Minimální tlakové pevnosti, předepsány pro různé třídy cementů Pevnost v tlaku (N.mm -2 ) Třída pevnosti 2 dny 7 dnů 28 dnů 32,5N ,5 32,5R 10-32,5 42,5N 10-42,5 42,5R 20-42,5 52,5N 20-52,5 52,5R 30-52,5 Symbol R (= rychlý) za číslem se týká krátkodobé pevnosti cementu. Tedy rozdíly mezi třídami 42,5N a 42,5R spočívají pouze v rozdílné předepsané pevnosti ve stáří 2 dnů: ty s označením R vykazují vyšší počáteční pevnost, než ty označené písmenem N. Naproti tomu požadavky na 28 denní pevnost v tlaku jsou pro obě třídy (N i R) stejné [4]

46 6.4.2 Portlandský cement Portlandský cement je základní složkou všech moderních hydraulických pojiv (s výjimkou hlinitanového cementu, na který se ovšem ČSN EN nevztahuje). Základem výroby portlandského cementu je pálení směsi přírodních nebo průmyslových surovin (vápenec, jíl, pyritové výprašky atd.). Vzniká tak slínek, který se dále mele v kulovém mlýně. Pomletý slínek sám o sobě nemůže být v praxi používán, protože po smíchání s vodou reaguje tak rychle, že by nebylo možné beton zpracovat. Ovšem pokud je slínek semlet s vhodným množstvím síranu vápenatého (3,5 4 % SO 3 podle pevnostní třídy), tuhne portlandský cement tak, jak má. Proto je sádrovec nebo anhydrit (používané formy síranu vápenatého) označován jako regulátor tuhnutí. Tabulka č. 7: Rozmezí chemického složení portlandského cementu složky % Oxid vápenatý CaO Oxid křemičitý SiO Oxid hlinitý Al 2 O Oxid železitý Fe 2 O Oxid hořečnatý MgO < 6 Oxid sodný Na 2 O 0,2-1 Oxid draselný K 2 O 0-0,1 Oxid titaničitý TiO 2 0,1-0,5 Oxid fosforečný P 2 O 5 0,1-0,4 Oxid sírový SO 3 3-3,5 Všechny další cementy, které jsou kromě portlandského cementu k dispozici, obsahují vždy určité množství portlandského cementu. Typ cementu pak závisí na příměsi, která je k portlandskému cementu v nějakém množství přidávána. Tyto příměsi jsou minerální podstaty a zahrnují přírodní vulkanické pucolány, umělé pucolány, granulovanou vysokopecní strusku, popílky, křemičité úlety, vápenec a kalcinovanou břidlici

47 6.4.3 Hydratace cementu, tuhnutí a tvrdnutí Beton tvrdne a může tedy být konstrukčním materiálem díky hydrataci cementu. To je souhrn chemických reakcí cementu a vody, díky nimž beton přechází z plastické hmoty, která je snadno zpracovatelná, do materiálu podobnému hornině, tj. do materiálu pevného a mechanicky odolného. Během chemických reakcí mezi cementem a vodou dochází ke dvěma změnám: - První změnou je postupný pokles zpracovatelnosti čerstvého betonu, až cementová pasta úplně ztratí schopnost být tvarována (tuhnutí); - Druhá změna spočívá v postupném růstu pevnosti (tvrdnutí). Hydraulické tvrdnutí cementu probíhá hlavně v důsledku hydratace vápenatých křemičitanů (C 3 S a C 2 S). Na hydrataci v průběhu tvrdnutí se mohou podílet i jiné chemické sloučeniny, např. hlinitany. Celkový obsah aktivního oxidu vápenatého (CaO) a aktivního oxidu křemičitého (SiO 2 ) musí být v cementu nejméně 50 % hmotnosti. Obsah těchto oxidů stanoven podle [73]. V praxi přechází jeden z těchto procesů plynule v druhý. Materiál se mění z kaše do pevného stavu a nakonec je podobný hornině [4]. 6.5 Záměsová voda Záměsová voda je nutná k zajištění chemických a fyzikálních pochodů v betonu, při kterých beton tuhne a tvrdne. Poskytuje čerstvému betonu určitou poddajnost, aby se dal dobře zpracovávat a hutnit. Požadavky na záměsovou vodu pro výrobu betonu jsou uvedeny v normě ČSN EN 1008 [58]. Klasifikace typů vod podle této specifikace je následující: a) pitná voda (považuje se za vyhovující pro výrobu betonu, nemusí se zkoušet); b) recyklovaná voda v betonárně (je běžně vhodná pro výrobu betonu, musí však vyhovovat požadavkům; c) podzemní voda (může se využít pro výrobu betonu, musí se odzkoušet); d) mořská nebo brakická voda (může se používat do betonu bez výztuže nebo bez jiného zabudovaného kovu, avšak obecně není vhodná pro výrobu železobetonu či předpjatého betonu); e) splašková voda (není vhodná pro použití do betonu)

48 Voda do betonu se musí vyzkoušet a vyhodnotit podle požadavků uvedených v [58]. Jde o úvodní posouzení vody, chemické vlastnosti, o dobu tuhnutí a pevnost. Tabulka č. 8 uvádí požadavky pro úvodní posouzení záměsové vody. Požadavky na chemické vlastnosti záměsové vody jsou uvedeny v tabulce č. 9 [17]. Tabulka č. 8: Požadavky úvodního posouzení záměsové vody Poř. č. Sledovaný parametr Požadavek 1 Oleje a tuky Ne více, než viditelné stopy 2 Čisticí prostředky Jakákoliv pěna by měla zmizet během 2 minut 3 Barva 4 Rozptýlené látky 5 Zápach Netýká se vody recyklované v betonárně. Barva se musí posoudit kvalitativně jako bledožlutá nebo světlejší Pro vodu recyklovanou v betonárně - platí zvláštní ustanovení v souladu s její objemovou hmotností (např. objemové hmotnosti vody 1,07 kg.l -1 je max. množství pevných látek 0,134 kg.l -1 apod.) Voda recyklovaná v betonárně - bez zápachu s výjimkou vůně, která je přípustná pro pitnou vodu a lehký zápach pro cementy a když vysokopecní struska je přítomna ve vodě, lehký zápach sirovodíku. Voda je z ostatních zdrojů - bez zápachu s výjimkou vůně, která je přípustná pro pitnou vodu, ne zápach sirovodíku po přidání kyseliny chlorovodíkové (HCl) 6 Kyselost ph 4 7 Humusovité látky Barva se posuzuje kvalitativně, jako světle žlutá nebo světlejší po přidání hydroxidu sodného (NaOH)

49 Tabulka č. 9: Požadavky na chemické vlastnosti záměsové vody Sledovaný parametr Maximální obsah [mg.l -1 ] Chloridy (vyjádřené jako Cl - ) - předpjatý beton nebo injektážní malta - beton s výztuží nebo se zabudovanými kovy - beton bez výztuže nebo zabudovaných kovů Sírany (vyjádřené jako SO 4 2- ) 2000 Ekvivalentní oxid sodný (Na 2 O eq ) 1500 Škodlivé znečištění - cukry - fosfáty (vyjádřené jako P 2 O 5 ) - dusičnany (vyjádřené jako NO - 3 ) - olovo (vyjádřené Pb 2+ ) - zinek (vyjádřený jako Zn 2+ ) Vodní součinitel (w) Vodní součinitel je mírou pro vytvoření cementového kamene a má základní význam, neboť vyjadřuje zákonitost, že za předpokladu úplného zhutnění se zvyšující se hodnotou w na základě zvyšující se pórozity klesá pevnost. V w C (1) w vodní součinitel; V hmotnostní poměr vody [kg.m -3 ]; C množství použitého cementu [kg.m -3 ]. Vodní součinitel w je číslo bezrozměrové a pohybuje se v rozmezí 0,25 až 1,0. Obvyklé meze leží v intervalu 0,35 w 0,60. Pro jednotlivé pevnostní třídy uvádí literatura [75] maximální hodnoty vodního součinitele

50 Hydratací váže cement množství vody rovné až 24 % jeho hmotnosti a přidáním vody nad 30 % vzniká cementové mléko. Aby však betonová směs byla zpracovatelná, je třeba volit množství záměsové vody dosahující 40 až 60 % hmotnosti cementu. Vazba vody na cement je při hydrataci různá. Voda může být vázaná chemicky, fyzikálně a kapilárními silami zadržená v pórech. Optimální množství záměsové vody, které je nutné k přípravě betonové směsi vhodné konzistence, závisí na: a) dávce cementu, není to však závislost lineární; b) vlastnostech kameniva, zejména na jeho zrnitosti a tvaru zrn, na vlhkosti a nasákavosti kameniva. Množství vody vzrůstá se zvětšujícím se měrným povrchem kameniva ; c) způsobu zhutňování, neboť čím bude zpracování intenzivnější, tím může být dávka vody menší, aniž by to ohrozilo pevnost betonu; d) členitosti tvaru průřezu betonového prvku a na hustotě jeho výztuže, protože při zabetonování úzkých prostorů musí být betonová směs řidší. 6.6 Přísady a příměsi Pojem přísada a příměs je v technologii betonu poměrně přesně definován, i když definice uváděné v relevantních standardech nejsou zcela shodné. Přísady jsou látky, které se přidávají do betonu v malém množství (někdy se uvádí do 5 % hmotnosti cementu) za účelem modifikace vlastností betonové směsi a případně i betonu. V současné době je na trhu k dispozici obrovské množství přísad, lišících se svým účelem, chemickým složením, výrobcem a pochopitelně i vlastnostmi a cenou. Podle účelu můžeme rozlišit především následující druhy přísad: - plastifikační; - provzdušňující; - urychlující tuhnutí a tvrdnutí betonu; - zpomalující tuhnutí betonu; - stabilizační; - těsnící, hydrofobizační;

51 Příměsi jsou většinou (dle [75]) práškovité látky přidávané do čerstvého betonu za účelem zlepšení určitých vlastností nebo docílení speciálních vlastností betonu. Norma ČSN EN uvádí dva typy příměsí: interní příměsi a pucolány nebo latentně hydraulické látky Vápenec Vápenec je usazená hornina složená převážně z minerálů kalcitu a aragonitu, což jsou různé krystalové formy uhličitanu vápenatého (CaCO 3 ). Mnohé vápence se skládají z kostních fragmentů mořských organismů, jako jsou korály a foraminifera. Vápenec tvoří asi 10 % z celkového objemu všech sedimentárních hornin. a má mnoho využití: jako stavební materiál, jako kamenivo pro zakládání silnic, jako bílý pigment nebo plnivo v produktech, jako jsou zubní pasty nebo barvy, či jako chemické suroviny. Obr. č. 11: Hrubý vápenec [43] Obr. č. 12: Jemně mletý vápenec VMV 15/V (Kotouč Štramberk, spol. s. r. o) 6.7 Lehký beton Jak je známo, betonová směs je kompozitní materiál sestavený s následujících komponent: plniva, pojiva, vody, přísad, příměsí, plynné složky, výrobní energie, termodynamické energie. Beton, jako takový stanovuje norma ČSN EN [75]. Náhradou hrubé složky v podobě kameniva jiným typem materiálu (přírodní pórovitá kameniva, upravené průmyslové odpady, umělá kameniva z přírodních zdrojů, aj.) může vzniknout tzv. lehký beton. Lehký beton je zvláštní beton, jehož

52 objemová hmotnost (pohybující se mezi kg.m -3 ) je podstatně menší, než objemová hmotnost běžného betonu ( kg.m -3 ), která tak představuje velmi významnou část zatížení betonových konstrukcí [19]. Mezi nové typy betonů můžeme zařadit: a) G-beton Betonová směs je doplněna o polystyrenové kuličky, které snižují objemovou hmotnost betonu až na 200 kg.m -3. Používá se především pro ploché střechy, kde plní funkci spádové a tepelně izolační roviny (= lehká konstrukce) [45]. b) Beton s polypropylenovými vlákny Betonová směs je doplněna o polypropylenová vlákna, která omezují smršťování podlah, zvyšují houževnatost (tím i trvanlivost) a mrazuvzdornost [45]. c) Drátkobeton Betonová směs je doplněna o ocelové drátky (pozor na důkladné promísení), které výrazně zvyšují pevnost betonu (podobně jako u betonu s polypropylenovými vlákny). Používá se jak pro nenosné, tak i pro nosné konstrukce (podlahy, stropní konstrukce, ale i předpjaté konstrukce) [45]. d) Polyuretanbeton Zcela specifické postavení mezi lehkými betony mohou zaujmout betony plněné drcenou polyuretanovou pěnou s maximální velikostí zrna 4/8 mm [24], kterou je tak nahrazováno přírodní hrubé kamenivo. Tento zcela nový materiál, splňující všechny požadavky kladené na moderní stavební hmoty, se především vyznačuje tím, že: I. uzavírá vzduch v drceném polyuretanu. Takto uzavřený vzduch udržuje ve hmotě větší množství tepla, snižuje tedy tepelnou vodivost materiálu a dává mu i nízkou objemovou hmotnost. Obalením zrna polyuretanu pojivem je dána tomuto, jinak hořlavému materiálu, i jeho nehořlavost v této kombinaci

53 II. III. polyuretan lze dávkovat v různém zrnitostním složení, čímž lze předem určit strukturu betonu, a betonovou směs namíchat v libovolných poměrech s reprodukovatelnými hodnotami. Škála stavebně zajímavých možností je od extrémně lehkých (plovoucích ve vodě) až po konstrukčně použitelné lehké betony. nedochází k segregaci jednotlivých složek ve směsi do hodnoty vodního součinitele 1,2 [24]

54 7. Technické zařízení potřebné k experimentálním zkouškám Pro provedení jednotlivých experimentálních zkoušek bylo použito takové technické zařízení, které bylo pravidelně kalibrováno a odpovídalo tak předepsaným normám. Jednalo se o: - laboratorní váhy WLC 60/C2/R a KERN ; - formy + odformovací prostředek (olej); - míchačka s nuceným oběhem - Filamos M 80; - vibrační vysokofrekvenční stolek VSB - 40; - mrazící zařízení KD 20; - zkušební lisy Trhací stroj ZD 40, WPM 50 kn a lis WPM 600 kn; - sušárna VENTICELL Komfort. 7.1 Laboratorní váhy WLC 60/C2/R a KERN Laboratorní váhy série WLC 60/C2/R a KERN byly navrženy k použití jak v průmyslových, tak i v laboratorních podmínkách. Mohou být použita i na místech, kde není dostupná elektrická síť (230V), jelikož pro alternativní napájení mohou být opatřeny interním akumulátorem. Obr. č. 13: Váha WLC 60/C2/R Obr. č. 14: Laboratorní váha KERN Typy těchto vah jsou vybaveny nerezovým krytem můstku a podsvíceným LCD displejem, který zaručuje pohodlný a přesný odečet výsledku vážení. Jsou vhodné pro rozsah pracovních teplot +10 C ~ +40 C [49, 50]

55 Tabulka č. 10: Technická data váhy typu WLC 60/C2/R a KERN Typ zařízení Váživost Nejmenší dílek Rozměr misky Stanovené měřidlo Napájení [kg] [g] [mm] [V] Displej Způsob kalibrace WLC KERN ,1 0,1 160x200 ANO adaptér (230/11 AC) LCD, podsvícený externí 7.2 Zkušební formy, odformovací prostředek (olej) Přesný tvar zkušebních těles zatvrdlé betonové směsi získáme po naplnění umělohmotných, popř. ocelových forem. Pro výrobu krychlí se používá forma o rozměru hrany 150 mm (viz obr. č. 15), pro výrobu hranolů je používána plně rozložitelná ocelová forma o rozměrech hran 100x100x400 mm (obr. č. 16). Obr. č. 15: Formy o rozměrech hran 150x150x150 mm Obr. č. 16: Formy o rozměrech hran 100x100x400 mm Formy před samotným plněním je dobré tzv. vymazat odformovacím prostředkem na bázi přírodních a syntetických organických látek typu SEPAREN SPECIÁL (Stachema Kolín, spol. s. r. o.) pro snadnější odbednění (odformování) a získání tak neporušeného zkušebního tělesa. Jedná se o čirou až mírně zakalenou nízkoviskózní kapalinu nažloutlé až hnědé barvy o objemové hmotnosti 840 ± 20 kg.m -3 [44]

56 7.3 Míchačka s nuceným oběhem Filamos M 80 Míchačka s nuceným oběhem Filamos M 80 funguje na principu míchacích ramen, rotujících vysokou rychlostí kolem vnitřní osy statické míchací nádrže. Míchání je prováděno několika rameny, která zároveň zajišťují stírání směsi z boku i celého dna míchací nádoby. Míchací ramena jsou nastavitelná jak výškově tak do stran a mohou být vybavena pryžovými stěrkami. Plnění směsi se může provést přes síto ve víku míchačky, které je opatřeno trhacím hřebenem pro pytlované směsi. Konstrukce víka dokonale zabraňuje vytékání materiálu po bocích nádrže. V případě potřeby je možno víko míchačky opatřit krycím plechem, zabraňujícím úniku materiálu u řidších či prašných směsí. Vypouštění namíchaného materiálu se provádí pootočením posuvného segmentu na dně nádoby. Míchací nádrž je pevně spojena se stojanem. Pohon míchacích ramen je proveden šnekovou nebo kuželočelní elektropřevodovkou vyžadující pouze minimální údržbu. Nejmenší modely míchaček (M 80/230V) jsou vybaveny bezúdržbovou elektropřevodovkou. Pro zajištění maximální bezpečnosti obsluhy jsou použity zesílené bezpečnostní prvky podpěťová spoušť a koncový spínač, vypínající motor při otevření víka míchačky [51]. Obr. č. 17: Míchačka Filamos M 80 s nuceným oběhem Obr. č. 18: Míchací lopatky (typ míchačky Filamos M 80)

57 Tabulka č. 11: Technická data míchačky s nuceným oběhem Filamos M 80 Typ zařízení Objem nádrže Max. užitný objem Výkon el. motoru Napětí Otáčky míchadla Max. zrnitost materiálu Hmotnost [l] [l] [kw] [V] [ot/min] [mm] [kg] Míchačka M ,5/2,2 230/ /137 Míchačky s nuceným oběhem (cyklonové míchačky) slouží k míchání suchých, zavlhlých i mokrých směsí. Jejich hlavní předností je dokonalé promíchání jednotlivých složek směsi ve velmi krátkém čase (rychlost míchání je 4 5x vyšší než u klasické bubnové míchačky), čímž je dosaženo vysoké kvality výsledné směsi. Ve stavebním průmyslu lze míchačky s nuceným oběhem použít pro míchání širokého spektra stavebních hmot, např. omítacích, injektážních a sanačních směsí, jemných betonů, polymerových omítek, epoxidové a polyuretanové podlahy a jiné. Míchačka s nuceným oběhem je rovněž vhodná pro průmyslové míchání směsí, při kterém dochází ke zpracování materiálu v jednotlivých dávkách [51]. 7.4 Vibrační vysokofrekvenční stolek VSB - 40 Vibrační vysokofrekvenční stolek VSB - 40 (viz obr. č. 19) byl využíván pro zhutňování betonových směsí ve zkušebních formách. Takto zhotovené betonové dílce jsou určeny pro další laboratorní zkoušky. Obr. č. 19: Vysokofrekvenční vibrační stolek VSB

58 Velkou výhodou vysokofrekvenčního vibračního stolku VSB - 40 byla stabilní konstrukce. Vysokofrekvenční stolek má základ v rámu krabicové konstrukce, na kterém je přes pryžové pružiny umístěna odolná vibrační deska [52]. Ke spodní části pracovní desky je upevněn vlastní vibrační člen s výkonným elektromotorem. Praktické a uživatelsky jednoduché ovládání vysokofrekvenčního vibračního stolku zajišťuje buď elektrický ovládací panel, umístěný mimo stroj, nebo šlapka. Na horní ploše je navíc umístěna pryžová podložka. Tabulka č. 12: Technická data vysokofrekvenčního vibračního stolku VSB - 40 Typ zařízení Rozměry Plocha stolu Otáčky Hmotnost Příkon Napájecí napětí Frekvence [mm] [mm] [ot./min] [kg] [W] [V] [Hz] Vibrační stolek VSB x 560 x x Mrazící box KD - 20 Mrazící automatické zařízení KD 20 sestává z tepelně izolované vany tvořící vlastní zkušební prostor, který je vyhříván i chlazen kondenzačním agregátem. Ve spodní části je umístěna nádrž na vodu s čerpadly, které zajišťují cirkulaci, napouštění a vypouštění vody ze zkušebního prostoru. Ten je vybaven 6 teplotními čidly. Obr. č. 20: Mrazící box KD

59 V zařízení se mohou provádět zkoušky sestavené libovolně v rozmezí teplot -25 C až +30 C s libovolným průběhem časů a počtem cyklů [21]. Výrobek patří do kategorie pracovních strojů podle ČSN EN (stroje pro chlazení a klimatizaci). Tabulka č. 13: Technická data mrazícího zařízení KD 20 Typ zařízení Rozměry Prac. rozsah teplot Příkon Napájecí napětí Frekvence [m] C [W] [V] [Hz] Mrazák KD ,2 x 0,6 x 0,4-25 až Zkušební lisy Trhací stroj ZD 40, WPM 50 kn a lis WPM 600 kn Pro zkoušky pevnosti betonu v tlaku a v tahu za ohybu byly na firmě Technický zkušební ústav stavební, s. p. (TZÚS) použity zkušební lisy, které jsou pravidelně revidovány a odpovídají normě [69]. Byly to: trhací stroj typu ZD 40 (rozsah využití max. 400 kn), trhací stroj WPM 50 kn (rozsah využití max. 50 kn) a lis WPM 600 kn (rozsah využití max. 600 kn) [11, 53]. Obr. č. 21: Trhací stroj ZD 40 (max. zatěžovací síla 400 kn) Obr. č. 22: Trhací stroj WPM (max. zatěžovací síla 50 kn)

60 Obr. č. 23: Lis WPM 600 kn (max. zatěžovací síla 600 kn) 7.7 Sušárna VENTICELL Komfort Laboratorní sušárna s cirkulací vzduchu v komoře, vhodná pro materiály s vysokou vlhkostí. Proto byla využívána pro odformování zkušebních těles o rozměrech hran 150 mm (krychle) při teplotě 105 C po dobu 8 až 10 min [54]. Tabulka č. 14: Technická data sušárny VENTICELL Komfort Rozměry Úložná plocha Objem Nosnost Hmotnost Prac. teplota Typ zařízení [mm] [mm] [l] [kg] [kg] [ C] Sušárna VENTICELL x 540 x x do

61 8. Experimentální výzkum lehkých betonů na bázi polyuretanové pěny 8.1 Zrnitostní rozbor polyuretanové pěny Pro stanovení zrnitostního rozboru v rámci experimentálního výzkumu byly získány vzorky drcené polyuretanové pěny od firem Unikasset, spol. s. r. o., ING. ČASTULÍK, s. r. o., Profing Piešťany spol. s. r. o., které se zabývají úpravou těchto materiálů a firmy D&Daxner Technology s. r. o. (DDT), která se zabývá zpracováním polyuretanových odpadů do stavebních hmot Drtiče a mlýny pro úpravu polyuretanové pěny Polyuretanová pěna byla upravována ve výše uvedených firmách na drtičích plastů a nožových mlýnech. a) Drtič plastů Jako vhodným drtičem polyuretanové pěny získané např. z recyklace chladících zařízení se jeví drtič plastů typu EPS 890 (obr. č. 24), který je rovněž firmou Profing Piešťany spol. s. r. o. využíván pro úpravu polystyrénu. K úpravě dochází mezi dvěma rotujícími hřídeli, na kterých jsou upevněné rotační nože. Tyto rotační nože vtahují, řežou a lámou materiál na požadovanou velikost cca 50x50 mm [56]. Obr. č. 24: Drtič plastů EPS 890 (fa Profing Piešťany spol. s. r. o.)

62 b) Nožový mlýn Nožovým mlýnem je možno nadrcenou polyuretanovou pěnu dále upravovat na požadovanou zrnitostní frakci 4/8 mm. Tuto zrnitostní frakci lze dosáhnout např. na nožovém mlýnu typu MN 300 dodávaný firmou ING. ČASTULÍK, s. r. o.. Nožový mlýn MN 300 (viz obr. č. 25) je určen pro materiály, jako jsou PET láhve, plastové kelímky, fólie, plastové odpady ve formě odřezků, pěn, gum apod. Ke zpracování materiálu dochází na ostří nožů, jejichž úhel a vzájemná vzdálenost je volně nastavitelná, a které jsou upevněny jak na rotoru, tak i na statoru stroje (viz obr. č 26) [37, 57]. Obr. č. 25: Nožový mlýn MN 300 (fa ING. Častulík, s. r. o.) Obr. č. 26: Schéma upevnění nožu v nožovém mlýnu MN Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny Pro experimentální stanovení zrnitostního rozboru bylo získáno celkem 7 vzorků drcené polyuretanové pěny, které byly označeny v závislosti na firmě, ve které byly upraveny. Jsou to vzorky: Unikasset, Častulík, Častulík kombinovaný, Profing, DDT 968 B6, DDT B40/5 a DDT B81. Jednotlivé vzorky jsou znázorněny na obrázcích č. 27 až

63 Obr. č. 27: Vzorek drcené PUR pěny (Unikaset) Obr. č. 28: Vzorek drcené PUR pěny (Častulík kombinovaný) Obr. č. 29: Vzorek drcené PUR pěny (Častulík) Obr. č. 30: Vzorek drcené PUR pěny (Profing) Obr. č. 31: Vzorek drcené PUR pěny (DDT B6) Obr. č. 32: Vzorek drcené PUR pěny (DDT B40/5)

64 Obr. č. 33: Vzorek drcené PUR pěny (DDT B81) Před každou zkouškou zrnitosti polyuretanové pěny předcházel i odběr vzorku, který se řídil dle stavební normy ČSN EN 932-1: Zkoušení všeobecných vlastností kameniva Část 1: Metody odběru vzorků. Stanovení sítových rozborů bylo provedeno na sledovaných vzorcích pomocí laboratorní prosévačky Retsch a normalizovanými síty dle ČSN EN [77], kde byla zvolena řada sít o velikosti ok: 0,063; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8, 11 a 16 mm (viz obr. č. 34 a 35). Obr. č. 34: Prosévačka Retsch s upevněnou sadou sít Obr. č. 35: Sada sít pro zrnitostní rozbor

65 Zrnitostní rozbor drcené polyuretanové pěny byl proveden v laboratorním prostředí, kde navážka z každého ze získaných vzorků činila 50,0 g (= cca 1,6 l) zvážených na váze typu KERN s max. váživosti g (viz kap. 7.1). Po navážce 50,0 g byl zkoumaný vzorek polyuretanové pěny přesypán do složené sady sít a pomocí prosévačky rozdělen v časovém intervalu 5 min do jednotlivých zrnitostních frakcí. Obr. č. 36: Navážka 50,0 g drcené polyuretanové pěny Obr. č. 37: Zjišťování hodnoty nadsítného PUR pěny Vzhledem ke špatné manipulaci s drceným polyuretanovým zrnem, z pohledu jeho elektrostatických vlastností, byly jednotlivé vzniklé zrnitostní frakce PUR pěny, pro snížení chyby měření, váženy na elektronické váze typu KERN společně se síty (viz obr. č. 37), jejichž hmotnost byla před samotným stanovením zjištěna a následně zpětně odečtena. Na takto vzniklé výsledné hodnotě hmotnosti nadsítného byly počítány procenta zbytku, hmotnost propadu a součtové procento propadu. Veškeré výsledky jsou zaznamenány v tabulkách č.15 až 21. Z výsledných hodnot byly vyneseny v logaritmické podobě křivky zrnitosti, což jsou součtové čáry, jejíž každý bod udává, kolik procent z celkové hmotnosti vzorku činí hmotnost všech zrn menších, než určitý průměr zrna d (viz graf č. 5 až 12). Při stanovení zrnitostního rozboru drcené polyuretanové pěny a definování zrnitostní křivky bylo rovněž počítáno číslo nestejnozrnitosti (C u ) a číslo křivosti (C c )

66 Jelikož polyuretanová pěna je poměrně specifický materiál, na který se přímo nevztahuje většina stanovení uvedených v normách, byla metoda výpočtu přejata z teorie zrnitosti zemin, odkud strmost (sklon) zrnitostní křivky je charakterizována číslem nestejnozrnitosti C u, které je kvalitativním znakem nesoudržných materiálů [55] a vypočte se ze vztahu: C u d d (2) C u d 60 d 10 číslo nestejnozrnitosti; průměr zrn příslušející 60 % propadu [mm]; průměr zrn příslušející 10 % propadu [mm]. Podle velikosti hodnoty C u označujeme materiál (polyuretanovou drť) jako: - stejnozrnný: C u < 5; - středně nestejnozrnný: C u = 5 15; - nestejnozrnný: C u > 15. Při některých charakteristikách materiálů ( zemin ) se udává i číslo křivosti C c, které slouží jako pomocná hodnota v kvalifikaci materiálu a definuje přibližně tvar křivky zrnitosti. Číslo křivosti, přejato z teorie zrnitosti zemin [55], bylo počítáno dle vzorce (3), podle kterého byly definovány vypočtené hodnoty pro polyuretanovou drť. Číslo křivosti: C c ( d30 ) ( d d ) (3)

67 C c d 10 d 30 d 60 číslo křivosti; průměr zrn příslušející 10 % propadu [mm]; průměr zrn příslušející 30 % propadu [mm]; průměr zrn příslušející 60 % propadu [mm]. Podle velikosti hodnoty C c charakterizujeme materiál (polyuretanovou drť), jako: - dobře zrněný: 1 < C c < 3; - špatně zrněný: C u nesplňuje podmínku

68 Celkový propad síty [% hmotnosti] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek Unikasset Stanovení zrnitosti - sítový rozbor dle ČSN EN ( ) Počáteční hmotnost: M 1 = 50,0 g Hmotnost po zkoušce: M 2 = 49,8 g Rozdíl hmotností po zkoušce: M 1 M 2 = 0,2 g Číslo nestejnozrnnosti: C u = 1,04 (< 5, stejnozrnný) Číslo křivosti: C c = 1,00 (dobře zrněná polyuretanová drť) Chyba měření: 0,4 % Tabulka č. 15: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek Unikasset Otvor síta Hmotnost zbytku R i Procenta zbytku R i /M 1 x 100 Hmotnost propadu Souč. procento propadu 100-(R i /M 1 x100) [mm] [g] [%] [g] [%] 16 47,7 95,4 2,3 4,6 11 0,9 1,8 1,4 2,8 8 0,6 1,2 0,8 1,6 6 0,4 0,8 0,4 0,8 4 0,1 0,2 0,3 0,6 2 0,1 0,2 0,2 0, ,2 0,4 0, ,2 0,4 0, ,2 0,4 0, ,2 0,4 0, ,2 0,4 Propad Grafické vyjádření křivky zrnitosti ,01 0, Velikost otvorů čtvercového síta [mm] Graf č. 5: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek Unikasset

69 Celkový propad síty [% hmotnosti] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek Častulík kombinovaný Stanovení zrnitosti - sítový rozbor dle ČSN EN ( ) Počáteční hmotnost: M 1 = 50,0 g Hmotnost po zkoušce: M 2 = 50,0 g Rozdíl hmotností po zkoušce: M 1 M 2 = 0 g Číslo nestejnozrnnosti: C u = 1,86 (< 5, stejnozrnný) Číslo křivosti: C c = 1,30 (dobře zrněná polyuretanová drť) Chyba měření: 0 % Tabulka č. 16: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek Častulík kombinovaný Otvor síta Hmotnost zbytku R i Procenta zbytku R i /M 1 x 100 Hmotnost propadu Souč. procento propadu 100-(R i /M 1 x100) [mm] [g] [%] [g] [%] ,0 100,0 11 4,9 9,8 45,1 90,2 8 14,9 29,8 30,2 60,4 6 22,7 45,4 7,5 15,0 4 2,8 5,6 4,7 9,4 2 3,2 6,4 1,5 3,0 1 0,5 1,0 1,0 2,0 0,5 0,3 0,6 0,7 1,4 0,25 0,1 0,2 0,6 1,2 0,125 0,2 0,4 0,4 0,8 0,063 0,3 0,6 0,1 0,2 Propad Grafické vyjádření křivky zrnitosti ,01 0, Velikost otvorů čtvercového síta [mm] Graf č. 6: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek Častulík kombinovaný

70 Celkový propad síty [% hmotnosti] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek Častulík Stanovení zrnitosti - sítový rozbor dle ČSN EN ( ) Počáteční hmotnost: M 1 = 50,0 g Hmotnost po zkoušce: M 2 = 49,6 g Rozdíl hmotností po zkoušce: M 1 M 2 = 0,4 g Číslo nestejnozrnnosti: C u = 1,79 (< 5, stejnozrnný) Číslo křivosti: C c = 1,72 (dobře zrněná polyuretanová drť) Chyba měření: 0,8 % Tabulka č. 17: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek Častulík Otvor síta Hmotnost zbytku R i Procenta zbytku R i /M 1 x 100 Hmotnost propadu Souč. procento propadu 100-(R i /M 1 x100) [mm] [g] [%] [g] [%] ,0 100, ,3 68,6 15,7 31,4 8 6,2 12,4 9,5 19,0 6 4,2 8,4 5,3 10,6 4 1,8 3,6 3,5 7,0 2 2,6 5,2 0,9 1,8 1 0,3 0,6 0,6 1,2 0,5 0,2 0,4 0,4 0,8 0,25 0,0 0,0 0,4 0,8 0,125 0,0 0,0 0,4 0,8 0,063 0,0 0,0 0,4 0,8 Propad Grafické vyjádření křivky zrnitosti ,01 0, Velikost otvorů čtvercového síta [mm] Graf č. 7: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek Častulík

71 Celkový propad síty [% hmotnosti] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek Profing Stanovení zrnitosti - sítový rozbor dle ČSN EN ( ) Počáteční hmotnost: M 1 = 50,0 g Hmotnost po zkoušce: M 2 = 49,4 g Rozdíl hmotností po zkoušce: M 1 M 2 = 0,6 g Číslo nestejnozrnnosti: C u = 7,14 (5-15, středně stejnozrnný) Číslo křivosti: C c = 1,65 (dobře zrněná polyuretanová drť) Chyba měření: 1,2 % Tabulka č. 18: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek Profing Otvor síta Hmotnost zbytku R i Procenta zbytku R i /M 1 x 100 Hmotnost propadu Souč. procento propadu 100-(R i /M 1 x100) [mm] [g] [%] [g] [%] ,0 100, ,0 100, ,0 100,0 6 16,3 32,6 33,7 67,4 4 7,8 15,6 25,9 51,8 2 12,8 25,6 13,1 26,2 1 5,3 10,6 7,8 15,6 0,5 4,9 9,8 2,9 5,8 0,25 0,7 1,4 2,2 4,4 0,125 1,2 2,4 1,0 2,0 0,063 0,2 0,4 0,8 1,6 Propad Grafické vyjádření křivky zrnitosti ,01 0, Velikost otvorů čtvercového síta [mm] Graf č. 8: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek Profing

72 Celkový propad síty [% hmotnosti] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek DDT B6 Stanovení zrnitosti - sítový rozbor dle ČSN EN ( ) Počáteční hmotnost: M 1 = 50,0 g Hmotnost po zkoušce: M 2 = 50,0 g Rozdíl hmotností po zkoušce: M 1 M 2 = 0 g Číslo nestejnozrnnosti: C u = 1,47 (< 5, stejnozrnný) Číslo křivosti: C c = 1,19 (dobře zrněná polyuretanová drť) Chyba měření: 0 % Tabulka č. 19: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek DDT B6 Otvor síta Hmotnost zbytku R i Procenta zbytku R i /M 1 x 100 Hmotnost propadu Souč. procento propadu 100-(R i /M 1 x100) [mm] [g] [%] [g] [%] ,0 100, ,0 100, ,0 100, ,0 100,0 4 42,3 84,6 7,7 15,4 2 6,0 12,0 1,7 3,4 1 1,3 2,6 0,4 0,8 0,5 0,2 0,4 0,2 0,4 0,25 0,1 0,2 0,1 0,2 0,125 0,1 0,2 0,0 0,0 0,063 0,0 0,0 0,0 0,0 Propad Grafické vyjádření křivky zrnitosti ,01 0, Velikost otvorů čtvercového síta [mm] Graf č. 9: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek DDT B

73 Celkový propad síty [% hmotnosti] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek DDT B40/5 Stanovení zrnitosti - sítový rozbor dle ČSN EN ( ) Počáteční hmotnost: M 1 = 50,0 g Hmotnost po zkoušce: M 2 = 49,6 g Rozdíl hmotností po zkoušce: M 1 M 2 = 0,4 g Číslo nestejnozrnnosti: C u = 2,55 (< 5, stejnozrnný) Číslo křivosti: C c = 1,17 (dobře zrněná polyuretanová drť) Chyba měření: 0,8 % Tabulka č. 20: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek DDT B40/5 Otvor síta Hmotnost zbytku R i Procenta zbytku R i /M 1 x 100 Hmotnost propadu Souč. procento propadu 100-(R i /M 1 x100) [mm] [g] [%] [g] [%] ,0 100, ,0 100, ,0 100, ,0 100,0 4 3,7 7,4 46,3 92,6 2 29,1 58,2 17,2 34,4 1 13,2 26,4 4,0 8,0 0,5 1,8 3,6 2,2 4,4 0,25 0,0 0,0 2,2 4,4 0,125 1,8 3,6 0,4 0,8 0,063 0,0 0,0 0,4 0,8 Propad Grafické vyjádření křivky zrnitosti ,01 0, Velikost otvorů čtvercového síta [mm] Graf č. 10: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek DDT B40/

74 Celkový propad síty [% hmotnosti] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny vzorek DDT 968 B81 Stanovení zrnitosti - sítový rozbor dle ČSN EN ( ) Počáteční hmotnost: M 1 = 50,0 g Hmotnost po zkoušce: M 2 = 50,0 g Rozdíl hmotností po zkoušce: M 1 M 2 = 0,0 g Číslo nestejnozrnnosti: C u = 1,73 (< 5, stejnozrnný) Číslo křivosti: C c = 1,17 (dobře zrněná polyuretanová drť) Chyba měření: 0 % Tabulka č. 21: Stanovení zrnitostního rozboru vzorek DDT 968 B81 Otvor síta Hmotnost zbytku R i Procenta zbytku R i /M 1 x 100 Hmotnost propadu Souč. procento propadu 100-(R i /M 1 x100) [mm] [g] [%] [g] [%] ,0 100, ,0 100, ,0 100,0 6 17,3 34,6 32,7 65,4 4 24,5 49,0 8,2 16,4 2 7,1 14,2 1,1 2,2 1 0,9 1,8 0,2 0,4 0,5 0,1 0,2 0,1 0,2 0,25 0,0 0,2 0,0 0,0 0,125 0,0 0,0 0,0 0,0 0,063 0,0 0,0 0,0 0,0 Propad Grafické vyjádření křivky zrnitosti ,01 0, Velikost otvorů čtvercového síta [mm] Graf č. 11: Vyjádření křivky zrnitosti vzorek DDT 968 B

75 Celkový propad síty [% hmotnosti] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Vyjádření křivek zrnitostí sledovaných vzorků Unikasset Častulík komb. Častulík Profing DDT B 6 DDT B 40/5 DDT B ,01 0, Velikost otvorů čtvercového síta [mm] Graf č. 12: Vyjádření křivek zrnitostí při stanovení zrnitostního rozboru PUR pěny

76 Ze stanovení jednotlivých zrnitostních rozborů polyuretanové pěny jsou vyneseny zrnitostní křivky (grafy č. 5 až 11), které souhrnně znázorňuje graf č. 12. Z něj lze jednoduše odečíst, kolik procent z celkové hmotnosti vzorku odpovídá průměrné hodnotě velikosti zrna. Dále bylo stanovením zjištěno, že vzorky drceného polyuretanu s označením DDT 968 B6 a DDT 968 B81 jsou si z pohledu zrnitosti nejvíce podobné, kdy teoreticky na 4,5 mm čtvercovém sítu dojde ke stejnému propadu zrna, a to 26 % z celkové hmotnosti obou vzorků. U vzorku DDT 968 B6 byla zrnitost experimentálně stanovena na velikost zrn 4/5 mm. Vzorek DDT 968 B81 se vyznačoval velikostí zrn 4/7 mm. Vzorek Unikasset se vyznačuje velkým rozměrem (průměrem) zrn, kdy na 10 mm čtvercovém sítu došlo pouze k propadu 3 % z celkové hmotnosti vzorku. Velikost polyuretanového zrna bylo stanovením určeno na > 20 mm. Podle grafu č. 12 došlo u vzorku DDT 968 B40/5 k propadu 68 % z celkového množství zrn na čtvercovém sítu o velikosti ok 3 mm. Tímto byla zrnitost tohoto vzorku stanovena na < 3 mm. Podmínku velikosti zrna 4/8 mm polyuretanové pěny, která byla stanovena před experimentálním výzkumem, splňují vzorky: Častulík komb. (4/8 mm), DDT 968 B6 a DDT 968 B81. Vzhledem k omezenému množství této drcené polyuretanové pěny byly pro experimentální zkoušky zvoleny vzorky DDT 968 B6 a DDT 968 B81, odebírané z D&Daxner Technolgy s. r. o., jejichž zrnitost je vzájemně podobná (viz tabulky č. 15 a 21, graf č. 12) a objemové množství pro celý experimentální výzkum bylo dostačující (celkově cca 3300 l drcené polyuretanové pěny). U každého stanovení byla sledována i chyba měření (ztráta), která se z důvodu elektrostatických vlastností polyuretanové pěny pohybovala v rozmezí 0 1,2 %. Zároveň u všech experimentálních vzorků byla stanovena, odečtením z grafu č. 12, průměrná velikost zrn při 10, 30 a 60 % propadu na čtvercových sítech Rovněž bylo počítáno číslo nestejnozrnitosti C u dle vzorce (2) a číslo křivosti C c dle vzorce (3). Výsledné hodnoty uvádí tabulka č

77 Vypočteným číslem nestejnozrnitosti C u bylo zjištěno, že všechny sledované experimentální vzorky, kromě vzorku Profing, lze definovat jako stejnozrnné. Podle velikosti čísla nestejnozrnitosti C u = 7,14, byl experimentální vzorek Profing zařazen do rozmezí hodnot 5 15 a definován tak, jako materiál středně nestejnozrnitý. Tabulka č. 22: Propad síty, číslo nestejnozrnitosti, číslo křivosti Označení vzorku Propad síty 10% 30% 60% Průměr zrn [mm] Číslo nestejnozrnitosti C u Číslo křivosti C c Unikasset 10,7 10,9 11,1 1,04 1,00 Častulík komb. 4,3 6,7 8,0 1,86 1,30 Častulík 5,8 10,2 10,4 1,79 1,72 Profing 0,7 2,4 5,0 7,14 1, B6 3,4 4,5 5,0 1,47 1, B40/5 1,1 1,9 2,8 2,55 1, B81 3,3 4,7 5,7 1,73 1,17 Podle vzorce (3) bylo počítáno i číslo křivosti C c tvaru zrnitostní křivky. Toto číslo křivosti se pohybovalo v rozmezí hodnot 1 1,72. Z toho vyplývá, že všechny sledované vzorky drcené polyuretanové pěny lze charakterizovat, jako dobře zrnité. Obr. č. 38: BigBag (cca 1000 l) s nadrcenou PUR pěnou B6 Obr. č. 39: BigBag (cca 1000 l) s nadrcenou PUR pěnou 968 B

78 Firma D&Daxner Technology s. r. o. je zásobována značným množstvím drcené polyuretanové pěny o různých zrnitostních frakcích a o objemové hmotnosti kg.m -3 balené formou tzv. BigBagů o objemu cca 1000 l (viz obr. č. 38 a 39), které sloužily v rámci experimentálního výzkumu jako zdroj plniva do betonových směsí (vzorek PUR pěny DDT 968 B6 a DDT 968 B81). 8.3 Návrh experimentálních betonových záměsí Pro návrh experimentálních záměsí, za účelem vytvoření lehkého betonu byla použita jako plnivo drcená polyuretanová pěna s velikostí zrna 4/8 mm. Za tímto účelem bylo navrženo 15 experimentálních záměsí lehkého betonu na bázi polyuretanové pěny s označením D1 až D15, kde byl hledán optimální poměr mezi množstvím jednotlivých složek v navržených záměsích a fyzikálně-mechanické vlastnosti na vyrobených zkušebních tělesech Cement v experimentálních zaměsích Jako hlavní pojivo v betonových směsích pro jednotlivé experimentální zkoušky byly použity dva typy cementů. Byly to: CEM I 42,5R a CEM II 32,5R dodávané firmou Cement Hranice, a. s. (viz obr. č 40 a 41). Vlastnosti obou druhů cementů udávané zmíněným výrobcem odpovídají normě [74] a popisují je tabulky č. 23 a 24. Základní charakteristika cementu a hydratace cementu je popsána v kapitole 6.4. Obr. č. 40: Cement Hranice: CEM I 42,5R Obr. č. 41: Cement Hranice: CEM II 32,5R

79 Tabulka č. 23: Vlastnosti cementu CEM I 42,5R, firma Cement Hranice, a. s. [46] Zkouška Jednotka Hodnota Požadovaná úroveň dle ČSN EN Vyhodnocení Pevnost v tlaku (ČSN EN 196-1) po 2 dnech N.mm -2 32,2 min. 20 vyhovuje po 28 dnech N.mm -2 54,2 42,5-62,5 vyhovuje Počátek tuhnutí (ČSN EN 196-3) minuty 175 min. 60 vyhovuje Objemová stálost (ČSN EN 196-3) mm 1,5 max. 10 vyhovuje Obsah síranů (ČSN EN 196-2) % hmot. 3,05 max. 4,0 vyhovuje Ztráta žíháním (ČSN EN 196-2) % hmot. 3,25 max. 5,0 vyhovuje Nerozpustný zbytek (ČSN EN 196-2) % hmot. 0,26 max. 5,0 vyhovuje Obsah chloridů (ČSN EN 196-2) % hmot. 0,042 max. 0,1 vyhovuje Tabulka č. 24: Vlastnosti cementu CEM II 32,5R, firma Cement Hranice, a. s. [47] Zkouška Jednotka Hodnota Požadovaná úroveň dle ČSN EN Vyhodnocení Pevnost v tlaku (ČSN EN 196-1) po 2 dnech N.mm -2 20,5 min. 10 vyhovuje po 28 dnech N.mm -2 38,2 32,5-52,5 vyhovuje Počátek tuhnutí (ČSN EN 196-3) minuty 150 min. 75 vyhovuje Objemová stálost (ČSN EN 196-3) mm 1,5 max. 10 vyhovuje Obsah síranů (ČSN EN 196-2) % hmot. 2,5 max. 3,5 vyhovuje Ztráta žíháním (ČSN EN 196-2) % hmot Nerozpustný zbytek (ČSN EN 196-2) % hmot Obsah chloridů (ČSN EN 196-2) % hmot. 0,033 max. 0,1 vyhovuje Náhradou cementu CEM I 42,5R cementem CEM II 32,5R v experimentálním výzkumu bylo docíleno i snížení ekonomických nákladů na výrobu betonu (betonu na bázi drcené polyuretanové pěny) a to o cca 20 % z konečné ceny 1 m

80 8.3.2 Vápenec VMV 15/V v experimentálních záměsích Pro experimentální betonové záměsi byl použit jemně mletý vápenec vyrobený firmou Kotouč Štramberk, spol. s. r. o. s označením VMV 15/V, za účelem snížení vodního součinitele w (viz kap ) a rovněž i za účelem snížení celkových nákladů na výrobu suché betonové směsi, kde jím byla nahrazována část složky cementu (viz tab. č. 27). Tento jemně mletý vápenec, vyráběn v kulovém mlýně semletím přírodního vápence, je vhodný pro použití např. ve stavebnictví, sklářský a chemický průmysl [48]. Chemické a fyzikální vlastnosti vápence VMV 15/V udávané zmíněným výrobcem odpovídají normě [60, 61] a jsou popsány v tab. č. 25 a 26. Tabulka č. 25: Chemické vlastnosti vápence VMV 15/V, lom Kotouč Štramberk, spol. s. r. o. Vápenec VMV 15 Měrná jednotka ČSN tř. V Dosahované parametry CaCO 3 + MgCO 3 % 93 97,19 z toho MgCO 3 % 6 1,25 SiO 2 % 4,5 < 2,0 Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 % 3,5 0,46 Z toho Fe 2 O 3 % 2 0,14 SO 3 % 0,3 0,04 Tabulka č. 26: Fyzikální vlastnosti vápence VMV 15/V, lom Kotouč Štramberk, spol. s. r. o. Vápenec VMV 15/V Měrná jednotka PN Dosahované parametry vlhkost % max. 1,0 0,15 Zrnitost zbytek na sítě - síto 0,045 mm % ,8 - síto 0,063 mm % ,5 - síto 0,090 mm % 0,8 4,5 2,8 - síto 0,200 mm % 0,0 0,6 0,

81 8.3.3 Výroba experimentálních betonových záměsí Experimentální záměsi byly zpracovávany v míchačce typu Filamos M 80 s nuceným oběhem míchacích ramen (viz kap. 7.3). Protože pracovní objem míchačky Filamos M 80 byl podstatně menší než celkový objem jednotlivých experimentálních záměsí (V celk. = 65 l), byla každá záměs zamíchána ve dvou etapách tvořených čtyřmi časovými intervaly. Obr. č. 42: Suchá experimentální záměs (0% vody) Obr. č. 43: Mokrá experimentální záměs (s 60% vody z hmotnosti suché záměsi) V první etapě byla zpracována tzv. suchá záměs (0 % vody), kde byly 4x smíchány v přesných časových intervalech po 2 x 2,5 min složky PUR pěny (vzorek B6 a B81), jemně mletého vápence (VMV 15/V) a cementu (CEM I 42,5R a CEM II 32,5R) v předem stanoveném pořadí a poměru. Takto vytvořená suchá záměs byla vsypána do pytle a následně převážena na váze typu WLC 60/C2/R (viz kap. 7.1). Chyba ve výsledné hmotnosti nebyla nikdy větší než 0,003 kg. Mezi jednotlivým mícháním suché směsi byly míchací ramena míchačky Filamos M 80 vždy ručně očištěny. V etapě druhé byla zpracovávána tzv. mokrá záměs (32 60 % vody). Nejdříve bylo provedeno zvlhčení bubnu a ramen míchačky Filamos M 80 vodou, a to proto, aby nedocházelo ke ztrátám záměsové vody, a tím jsme zabránili snížení vodního součinitele w (kap ). Potom následovalo přidání (vsypání) připravené suché záměsi do míchacího bubnu a aplikování záměsové vody v předem stanoveném hmotnostním množství. Toto hmotnostní množství vody u záměsí D1 a D2 činilo 32 %, u záměsí D3 D15 bylo stanoveno na 60 % z celkové hmotnosti

82 suché záměsi. Doba míchání byla opět rozdělena do časového intervalu po 2 x 2,5 min, kdy mezi těmito časovými intervaly byla již mokrá záměs ručně promíchána a odstraněna z míchacích ramen a stěn bubnu tak, aby došlo k co nejdokonalejšímu promísení směsi Složení jednotlivých experimentálních záměsí U navrhování složení jednotlivých experimentálních záměsí byla snaha o postupné nalezení optimálního poměru jednotlivých složek v závislosti na jejich hmotnostních množstvích s následným ověřením fyzikálně-mechanických vlastností betonu (pevnost v tlaku, pevnost v tahu za ohybu a mrazuvzdornost). Základní složení zkušebních směsí tvořil hmotnostní poměr drcené polyuretanové pěny, jejíž objemová hmotnost se pohybovala u použitých vzorků DDT 968 B6, DDT 968 B81 v rozmezí kg.m -3 ku cementu (CEM I 42,5R, CEM II 32,5R) a jemně mletému vápenci, kde cílem byl takový návrh záměsi polyuretanbetonu, který by měl požadované vlastnosti při optimálním použití drceného polyuretanového plniva a zmíněných složek. Složení jednotlivých záměsí popisuje tabulka č. 27. Tabulka č. 27: Hmotnostní zastoupení složek v jednotlivých experimentálních záměsí Označení záměsi Měrná jednotka PUR Cement CEM I 42,5R CEM II 32,5R Vápenec VMV 15/V Voda D1 kg na 1 m D2 kg na 1 m D3 kg na 1 m D4 kg na 1 m D5 kg na 1 m D6 kg na 1 m D7 kg na 1 m D8 kg na 1 m D9 kg na 1 m D10 kg na 1 m D11 kg na 1 m D12 kg na 1 m D13 kg na 1 m D14 kg na 1 m D15 kg na 1 m

83 Jako výchozí byly navrženy záměsi s označením D1 a D2, kde na 1 m 3 suchého betonu (0 % vody) bylo požito 40 kg PUR pěny, 272 kg na 1 m 3 cementu a 272 kg na 1 m 3 mletého vápence. Voda, jako důležitá složka k hydrataci betonu byla dávkována v hmotnostním množství. U záměsí D1 a D2 tvořilo toto hmotnostní množství 32 % (tj. = 187 kg na 1 m 3 ) ku hmotnosti celkové suché záměsi (= 584 kg na 1 m 3 ). Z pohledu zřejmé nízké hydrataci cementu a mletého vápence, potvrzenou i zkouškou sednutí kužele (kap. 8.4), byly navrženy záměsi D3 a D4, jejichž poměr složek byl totožný se vzorky D1 a D2. K získání mokré směsi těchto záměsí byla navržena dávka záměsové vody (viz kap. 6.5) a to 60 % hmotnosti ze suché záměsi. Ta činila 350 kg na 1 m 3. Toto množství záměsové vody se kladně projevilo na míře zpracovatelnosti čerstvé betonové směsi. Proto bylo toto hmotnostní množství vody (60 % ku hmotnosti suché směsi) stanoveno u všech zbývajících experimentálních záměsí, tj. u záměsí D3 až D15. Z pohledu získaných výsledných pevností v tlaku bylo do záměsi D5 experimentálně aplikováno dvojnásobné množství cementu CEM II 32,5R bez složky mletého vápence. Množství cementu tak činilo 544 kg na 1 m 3. Vzhledem k velkému množství použitého cementu u záměsi D5 bylo záměrně u záměsi D6 toto množství sníženo o 27,9 % na 392 kg na 1 m 3. Hmotnostní množství záměsové vody se tak rovněž snížilo na 259 kg na 1 m 3. U experimentálních záměsí D7 a D8 bylo množství použitého cementu upraveno tak, že bylo sníženo o 50 % oproti záměsi D6 a jeho chybějící množství nahrazeno složkou mletého vápence. Složení záměsí D7 a D8 se tak skládalo ze 40 kg na 1 m 3 PUR pěny, 196 kg na 1 m 3 cementu a 196 kg na 1 m 3 jemně mletého vápence. Záměs D9 experimentálně obsahovala minimální množství cementu (CEM II 32,5R), které tak činilo 200 kg na 1 m 3 (tj. o 49 % méně množství k záměsi D6) bez aplikace složky mletého vápence (0 kg na 1 m 3 ). Záměsová voda obsahovala 144 kg na 1 m 3. V závislosti na výsledných hodnotách pevností betonu v tlaku (kap. 8.7 a 8.8) byla do záměsi D10 přidána složka jemně mletého vápence, která tvořila 34 %

84 (68 kg na 1 m 3 ) hmotnosti použitého cementu (CEM II 32,5R), jehož množství korespondovalo se záměsí D9. Hmotnost záměsové vody činila 185 kg na 1 m 3. U záměsi D11 bylo aplikováno 260 kg na 1 m 3 cementu CEM II 32,5R, tzn. o 23 % více než u záměsí D9 a D10, při ponechaném množství mletého vápence (68 kg na 1 m 3 ). Množství záměsové vody činilo 221 kg na 1 m 3. U záměsí D12 a D13 byla složka jemně mletého vápence navýšena na 132 kg na 1 m 3 (tj. o 97 % větší množství k záměsi D10 a D11), při ponechaném obsahu cementů, kde 60 % hmotnostního množství záměsové vody činilo 259 kg na 1 m 3. V rámci experimentálních zkoušek byly navrženy s rozdílným typem cementů záměsi D14 a D15, jejichž množství činilo 228 kg na 1 m 3 tj. o 12 % méně, než u záměsi D11, D12 a D13. Obsah mletého vápence byl navýšen na 164 kg na 1 m 3 (tj. o 19,5 %) při stejném množství záměsové vody (259 kg na 1 m 3 ). Objemová hmotnost suché betonové směsi se pohybovala vlivem jednotlivých experimentálních návrhů od 240 kg.m -3 do 584 kg.m Stanovení zkoušky sednutí kužele Velmi důležitou vlastností čerstvého betonu je jeho zpracovatelnost, což je schopnost být snadno dopravován, ukládán a zhutňován v bednění. Existuje několik metod měření zpracovatelnosti dle [64] znázorněny v příloze č. 2. Jsou to: - zkouška sednutí kužele; - zkouška rozlití; - zkouška VeBe; - součinitel zhutnění. Ta nejběžnější je založena na určení sednutí kužele. To sestává z měření poklesu výšky vzorku betonu, kterým byl naplněn tzv. Abramsův kužel výšky 300 mm [4]. A. Teoretická část Celá zkouška sednutí kužele čerstvé betonové směsi se provádí v souladu s normou [64], kde se na vlhkou podložku postaví zevnitř zvlhčená forma kužele

85 Forma se postupně plní třemi vrstvami čerstvého betonu, kde každá z vrstev je zhutňována 25 vpichy propichovací tyčí. Poté je přebytek betonu odstraněn a povrch srovnán do roviny s formou valivým pohybem propichovací tyče. Z podložky jsou rovněž odstraněny zbytky betonu. Obr. č. 44: Kompletní sada pro zkoušku sednutí kužele (Abrams) Obr. č. 45: Schéma zkoušky sednutí kužele (Abrams) Následně je forma vyzdvihnuta tak, aby nebyla nikterak ovlivněna zkouška, tzn., že forma nesmí v průběhu zdvihání nikterak usměrňovat, případně podpírat sesedající beton vně formy. Výsledkem zkoušky je rozdíl výšky sednutého kužele betonu měřeného v nejvyšším bodě oproti výšce formy kužele (viz obr. č. 45). Změřený rozdíl v mm se zaokrouhlí na nejbližších 10 mm. Doba trvání zkoušky od plnění až po změřená sednutí nesmí být delší než 150 sekund. Vhodnost metody sednutí je dána tvarem sednutého kužele po zkoušce. Pokud je část betonu kužele usmýknutá, pak je třeba zkoušku opakovat z jiného vzorku. Tabulka č. 28: Určení konzistence betonu dle sednutí kužele [16] S1 (zavlhlá) mm S2 (měkká) mm S3 (velmi měkká) mm S4 (polotekutá) mm S5 (tekutá) 220 mm zaokrouhleno na 10 mm

86 B. Experimentální část V experimentálním výzkumu byla pro měření konzistence čerstvého betonu zvolená zkouška sednutí kužele. Ta ukazuje, jak moc čerstvý beton teče nebo se sype. Samotná konzistence betonové směsi byla ovlivněna objemem vody, která byla do jednotlivých záměsí aplikována. Ta však byla dávkována v závislosti na hmotnostním množství suché betonové směsi (PUR, cement, jemně mletý vápenec). Tabulka č. 29: Stanovení zkoušky sednutí kužele pro jednotlivé experimentální záměsi Označení záměsi Sednutí kužele zaokrouhlený ᴓ [mm] Třída Konzistence směsi D1 10 S1 zavlhlá D2 10 S1 zavlhlá D3 210 S4 polotekutá D4 220 S5 tekutá D5 210 S4 polotekutá D6 130 S3 velmi měkká D7 120 S3 velmi měkká D8 110 S3 velmi měkká D9 20 S1 zavlhlá D10 10 S1 zavlhlá D11 70 S2 měkká D S3 velmi měkká D S3 velmi měkká D14 70 S2 měkká D15 50 S2 měkká U všech experimentálních záměsi (D1 až D15) byla zkouška sednutí kužele provedena ihned po ukončení míchání. Vzhledem k omezenému pracovnímu objemu míchačky Filamos M 80 ku celkovému objemu čerstvé betonové směsi (cca 65 l) pro zhotovení potřebného množství zkušebních těles, byla tato zkouška pro každou ze záměsí prováděna celkem 4x. Rozdíl sednutí kužele u jednotlivých zkoušek nebyl nikdy větší než 10 mm. Tímto způsobem byla i ověřována shoda konzistence směsi u jednotlivých etap míchání. Výsledné hodnoty sednutí kužele byly zaokrouhleny na nejbližších 10 mm a zprůměrovány. V závislosti na míře sednutí byla každá ze záměsí definována podle tabulky č. 28 třídou S1 až S5 (příkladné sednutí kužele v jednotlivých třídách znázorňují obr. č , viz příloha č. 3). Výsledné hodnoty zkoušky sednutí kužele se zařazením a definováním konzistence betonové směsi jsou znázorněny v tabulce č. 29 a v grafu č. 13. Z něj je

87 Sednutí kužele [mm] Třída Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích patrné rozdílné sedání kužele čerstvého betonu u jednotlivých experimentálních záměsí. 300 Sednutí kužele (Abrams) S5 S D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 S3 S2 S1 Experimentální záměs Graf č. 13: Stanovení zkoušky sednutí kužele pro jednotlivé experimentální záměsi Ze stanovení je patrné, že záměsi D1, D2, D9 a D10, jejichž sednutí kužele se pohybovalo v rozmezí mm patřily do třídy S1, dle tabulky č. 28. Tyto experimentální záměsi se vyznačovaly vzhledem k pouze zavlhlé betonové směsi velmi špatnou zpracovatelností. Do třídy S2 a S3, kde se rozmezí sednutí kužele pohybuje mezi mm, a kde konzistence betonové směsi je měkká až velmi měkká patřily experimentální záměsi D6, D7, D8, D11, D12, D13, D14 a D15. Nejvyšší míru sednutí kužele, mm, vykazovaly záměsi D3, D4 a D5, které se pohybovaly na samotné hranici tříd S4 a S5 (polotekutá, tekutá). Na konzistenci betonové směsi a na samotné stanovení sednutí kužele mělo přímý vliv složení jednotlivých experimentálních záměsí, které je popsáno v kap a množství nadávkované záměsové vody, která byla přímo závislá na složení záměsi

88 8.5 Stanovení objemové hmotnosti čerstvé betonové směsi Zkouška objemové hmotnosti čerstvé betonové směsi (ČBS) byla provedena v souladu s normou ČSN EN Příprava betonové směsi každé experimentální záměsi byla provedena podle postupu, uvedeném v kapitole Pro zkoušku ČBS byly použity tři umělohmotné formy o hraně 150 mm (V = 3,375 dm 3 ). Před samotným plněním byly tyto formy ošetřeny vymazáním odformovacím prostředkem (kap. 7.2) pro snadnější odbědnění (odformování) a zjištěna jejich hmotnost m 1 na váze WLC 60/C2/R (kap. 7.1). Plnění forem bylo provedeno ve dvou vrstvách mokrou betonovou směsí, kde každá z vrstev byla hutněna po dobu 30 s na vibračním stolku VSB Celková doba hutnění betonu tak činila 60 s. Úprava povrchu betonu do vodorovné polohy ve formách byla provedena pomocí hladítka a takto naplněná forma se zhutněnou betonovou směsí byla opět zvážena a zjištěna tak hmotnost m 2. Objemová hmotnost čerstvé betonové směsi D m byla vypočítaná ze vztahu: Dm m m V kg m (4) D m objemová hmotnost čerstvého betonu [kg.m -3 ]; m 1 hmotnost prázdné formy [kg]; m 2 hmotnost naplněné formy [kg]; V objem formy (= 0, m 3 )

89 Tabulka č. 30: Stanovení objemové hmotnosti ČBS Typ záměsi 1. forma 2. forma 3. forma Objemová hmotnost m 1 m 2 D m m 1 m 2 D m m 1 m 2 D m ᴓ [kg] [kg] [kg.m -3 ] [kg] [kg] [kg.m -3 ] [kg] [kg] [kg.m -3 ] [kg.m -3 ] D1 0,971 3, ,979 3, ,968 3, D2 1,003 4, ,000 4, ,990 4, D3 0,992 4, ,003 4, ,004 4, D4 0,997 4, ,000 4, ,006 4, D5 0,974 4, ,981 4, ,992 4, D6 0,990 4, ,988 4, ,981 4, D7 0,981 4, ,005 4, ,006 4, D8 1,000 4, ,006 4, ,006 4, D9 0,991 2, ,000 2, ,002 2, D10 0,982 4, ,981 4, ,001 4, D11 1,000 4, ,992 4, ,991 4, D12 1,002 4, ,975 4, ,980 4, D13 1,005 4, ,993 4, ,007 4, D14 1,006 4, ,976 4, ,993 4, D15 0,975 4, ,981 4, ,995 4, Tabulka č. 30 uvádí stanovené hmotnosti forem m 1, m 2 a vypočtené objemové hmotnosti D m čerstvé betonové směsi z výroby jednotlivých experimentálních záměsí betonu. Pro tuto zkoušku byla vždy použita sada tří vybraných forem (150x150x150 mm). Z výsledných objemových hmotností byla spočítána průměrná hodnota a ta následně zaokrouhlena na nejbližších 10 kg dle normy [65]. U experimentálního stanovení objemové hmotnosti čerstvé betonové směsi pomocí forem o rozměrech 100x100x400 mm (hranoly) bylo zjištěno, že tato objemová hmotnost byla vždy větší, a to o cca 5 %. Tento rozdíl mohl být způsoben procesem hutnění na vibračním stolku VSB 40 po dobu 2 x 30 s, kdy se mohly projevit menší rozměrové parametry průřezu hranolů. Při srovnání s klasickým betonem, který je plněný přírodním kamenivem a má objemovou hmotnost ± 2300 kg.m -3 [23], je ze stanovené zkoušky zřejmé, že při použití drcené polyuretanové pěny dochází logicky u všech záměsí D1 až D15 k razantnímu snížení objemové hmotnosti. Ta se pohybovala v rozmezí hodnot kg.m -3. To je patrné i na grafu č. 14, kde nejnižší hodnoty objemové hmotnosti vykazují ty záměsi (D1, D2, D9 a D10), u kterých bylo experimentálně sníženo množství jedné ze záměsových složek. Nicméně všechny hodnoty objemové

90 Objemová hmotnost [kg.m -3 ] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích hmotnosti betonové směsi odpovídají objemovým hmotnostem, které jsou pro lehké betony typické ( kg.m -3 ) Čerstvá betonová směs (ČBS) D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 Typ experimentální záměsi Graf č. 14: Hodnoty stanovení objemové hmotnosti ČBS 8.6 Výroba zkušebních těles Za účelem vytyčeného experimentálního výzkumu fyzikálně-mechanických vlastnosti betonu bylo zhotoveno celkově 336 ks zkušebních těles, z toho 180 ks krychlí o rozměrech hran 150 mm a 156 ks hranolů o rozměrech hran 100x100x400 mm. Postup plnění forem a způsobu hutnění při výrobě zkušebních těles je uveden v kapitole 8.5. Pro určení fyzikálně-mechanických vlastností byla zkušební tělesa zhotovena z 15 záměsí. Každá z experimentálních záměsí obsahovala min. 12 ks krychlí a 6 ks hranolů pro zkoušku pevnosti v tlaku a min. 6 ks hranolů pro stanovení mrazuvzdornosti. Odformování zkušebních vzorků u všech záměsí bylo prováděno do 48 hod. od naplnění forem. U plastových forem (viz kap. 7.2) bylo odformování provedeno vyklopením po 8 až 10 min. zahřívání v sušárně VENTICELL 404 při 105 C ± 5 C (kap. 7.7). V případě hranolů bylo zkušební těleso po rozložení ocelové formy

91 jednoduše vyjmuto. Všechny formy byly opět očištěny, vymazány odformovacím prostředkem a tím tak připraveny na opětovné použití. Po odformování byla všechna zkušební tělesa zřetelně označena a po dobu zrání betonu uložena do laboratorního prostředí o teplotě 20 C ± 2 C prostorách firmy TZÚS. Obr. č. 46: Zkušební tělesa o rozměrech hran 150x150x150 mm Obr. č. 47: Zkušební tělesa o rozměrech hran 100x100x400 mm 8.7 Stanovení krychelné pevnosti betonu v tlaku A. Teoretická část Zkouška krychelné pevnosti betonu v tlaku se provádí v souladu s ČSN EN Nejdříve se zkontrolují rozměry všech těles o délce hran 150 mm (přesnost 1 mm), úhly, rovinnost tlačných ploch a pokud nevyhovují ČSN EN , musí se upravit zbroušením, koncováním a řezáním. Vzorky se zváží s přesností ± 0,25 %. Tímto způsobem se zjistí objemová hmotnost ztvrdlého betonu dle [71] každého ze zkušebních těles, které je následně umístěno do středu tlačné plochy lisu s max. odchylkou 1/100 hrany tělesa. Zkušební lis, na němž se zkouška provádí, odpovídal normě ČSN EN Má umožnit odčítání síly při zlomu s přesností ± 1 % (pro výrobní kontrolu postačí přesnost ± 3 %) nad 10 % zvoleného rozsahu stupnice. Tlačné plochy lisu jsou broušené ocelové desky, kde horní deska má kloubové uložení

92 Zatěžuje se plynule rychlostí 0,6 ± 0,4 MPa.s -1 (betony nižších pevností menší rychlostí, betony vyšších pevností vyšší rychlostí v uvedeném rozsahu). Obr. č. 48: Schéma zkoušky krychelné pevnosti betonu v tlaku Krychelná pevnost v tlaku f c je pak poměr odečtené síly na lisu při zlomu F [N] k tlačné ploše vzorku A C [mm 2 ]. f c F A C 2 N mm MPa (5) f c krychelná pevnost v tlaku [N.mm -2 MPa]; F maximální zatížení při porušení [N]; A c průřezová plocha zkušebního tělesa, na kterou působí zatížení v tlaku (tlačná plocha = L x B) [mm 2 ]. B. Experimentální část Zkouška krychlené pevnosti betonu v tlaku byla provedena na 180 ks zkušebních těles v časových intervalech 2, 7, 14 a 28 dnů u všech experimentálních

93 záměsí D1 až D15, kde bezprostředně po odformování v sušárně VENTICELL 404 byly tyto zkušební tělesa o tvaru krychlí (rozměry hran 150x150x150 mm) uložena v laboratorním prostředí. Pro stanovení krychlené pevnosti betonu v tlaku byla vždy použita jedna sada zkušebních těles, tj. 3 krychle. Každé z těchto těles bylo před zkouškou řádně změřeno s přesností na 1 mm 2 (rozměry L, B, H) a zváženo s přesností na 0,001 kg. Z těchto získaných údajů byla následně dle vzorce (12) (viz příloha č. 4) vypočtena skutečná objemová hmotnost ztvrdlého betonu (polyuretanbetonu) ve stáří 2, 7, 14 a 28 dnů. Změna objemové hmotnosti betonu, stanovovanou na zkušebních tělesech o tvaru krychlí, je zaznamenána v tabulkách č. 31 až 45. U koncové doby zrání betonu, tj. stáří 28 dnů, se objemová hmotnost pohybovala v rozmezí hodnot kg.m -3. Každá zkušební krychle byla poté uložena na střed podstavce zkušebního lisu WPM 600 kn s rozsahem tlačné síly do 600 kn tak, aby vyvinutý tlak působil centricky a kolmo na směr jejího zhutnění viz [68]. Zkušební krychle byla při testu zatěžována až do jejího porušení, které signalizovalo pozastavení zatěžování. Schéma zkoušky krychelné pevnosti betonu v tlaku je znázorněno na obr. č. 48. Největší zatížení vyvozené na zkušební krychli představuje sílu F při porušení tělesa. Rychlost zatěžování byla konstantní. Ve stanovování krychelné pevnosti v tlaku byl zkušební lis ručně nastaven na velmi malou rychlost zatěžování 0,01 MPa.s -1 (= 225 kn.s -1 ). Po provedení zkoušky byla stanovena koncová krychelná pevnost v tlaku f c samostatně pro každou zkušební krychli s přesností na 0,01 MPa. Tlačná plocha A c byla získána součinem rozměrů (L, B) tělesa s přesností na 1 mm 2, kde společně s naměřenými hodnotami max. zatěžovací síly F byly vypočteny dle vzorce (5) výsledné hodnoty krychelné pevnosti v tlaku (f c ). Získané výsledky z měření byly zpracovány formou tabulek č. 31 až 45 a znázorněny grafem č

94 Tabulka č. 31: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D1 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 2, ,6 0,91 2 2, ,4 0,69 0, , ,6 0,83 1 2, ,8 0,93 2 2, ,1 1,39 1,17 7 D1 w = 0,34 3 2, ,20 1 2, ,13 2 2, ,0 1,21 1, , ,43 1 2, ,5 1,29 2 2, ,5 1,32 1, , ,5 1,

95 Tabulka č. 32: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D2 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,0 0,49 2 2, ,0 0,49 0, , ,0 0,45 1 2, ,0 0,77 2 2, ,5 0,70 0,75 7 D2 w = 0,34 3 2, ,0 0,80 1 2, ,0 0,94 2 2, ,0 0,85 0, , ,0 0,84 1 2, ,0 0,90 2 2, ,5 1,14 1, , ,0 0,

96 Tabulka č. 33: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D3 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,0 0,76 2 3, ,5 0,65 0, , ,0 0,63 1 2, ,5 1,40 2 2, ,0 1,38 1,39 7 D3 w = 0,64 3 2, ,5 1,37 1 2, ,5 1,72 2 2, ,0 1,79 1, , ,0 1,53 1 2, ,5 2,06 2 2, ,5 2,14 1, , ,0 1,

97 Tabulka č. 34: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D4 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,5 0,24 2 3, ,5 0,24 0, , ,0 0,22 1 2, ,0 0,53 2 2, ,5 0,47 0,48 7 D4 w = 0,64 3 2, ,0 0,45 1 2, ,0 0,70 2 2, ,5 0,77 0, , ,0 0,62 1 2, ,5 0,82 2 2, ,0 1,01 0, , ,0 0,

98 Tabulka č. 35: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D5 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,5 1,44 2 3, ,5 1,31 1, , ,5 1,22 1 3, ,0 2,31 2 3, ,0 1,84 2,04 7 D5 w = 0,64 3 3, ,0 1,97 1 3, ,0 2,60 2 3, ,0 2,25 2, , ,5 2,31 1 3, ,0 2,79 2 3, ,5 2,82 2, , ,0 2,

99 Tabulka č. 36: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D6 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,0 0,95 2 3, ,0 0,98 0, , ,0 0,71 1 3, ,5 1,81 2 3, ,0 1,93 1,76 7 D6 w = 0,66 3 3, ,0 1,55 1 3, ,0 2,21 2 3, ,5 2,63 2, , ,0 2,48 1 2, ,0 2,70 2 2, ,0 2,82 2, , ,0 2,

100 Tabulka č. 37: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D7 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,0 0,31 2 3, ,5 0,34 0, , ,5 0,34 1 2, ,0 0,63 2 2, ,0 0,62 0,63 7 D7 w = 0,66 3 2, ,5 0,65 1 2, ,5 0,78 2 2, ,5 0,82 0, , ,0 0,84 1 2, ,5 1,09 2 2, ,0 0,98 1, , ,5 1,

101 Tabulka č. 38: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D8 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,5 0,52 2 3, ,5 0,61 0, , ,0 0,50 1 3, ,0 1,26 2 2, ,5 1,15 1,15 7 D8 w = 0,66 3 2, ,0 1,03 1 2, ,0 1,28 2 2, ,5 1,40 1, , ,5 1,09 1 2, ,0 1,60 2 2, ,5 1,50 1, , ,0 1,

102 Tabulka č. 39: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D9 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 1, ,5 0,07 2 2, ,5 0,11 0, , ,0 0,09 1 1, ,0 0,22 2 1, ,0 0,22 0,22 7 D9 w = 0,72 3 1, ,5 0,20 1 1, ,0 0,27 2 1, ,5 0,25 0, , ,0 0,27 1 1, ,0 0,31 2 1, ,5 0,34 0, , ,5 0,

103 Tabulka č. 40: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D10 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,0 0,58 2 3, ,5 0,70 0, , ,5 0,61 1 2, ,5 1,01 2 2, ,0 0,81 0,98 7 D10 w = 0,69 3 2, ,0 1,12 1 2, ,0 1,08 2 2, ,0 1,12 1, , ,0 1,29 1 2, ,5 1,24 2 2, ,5 1,68 1, , ,0 1,

104 Tabulka č. 41: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D11 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,0 1,31 2 3, ,5 1,06 1, , ,5 0,94 1 3, ,5 1,69 2 3, ,5 1,64 1,61 7 D11 w = 0,67 3 3, ,5 1,51 1 3, ,0 2,20 2 3, ,5 2,36 2, , ,0 1,90 1 2, ,0 2,55 2 3, ,0 2,77 2, , ,0 2,

105 Tabulka č. 42: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D12 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,0 1,01 2 3, ,5 1,08 1, , ,0 0,97 1 3, ,0 1,67 2 3, ,0 1,90 1,72 7 D12 w = 0,66 3 3, ,0 1,58 1 3, ,0 1,72 2 3, ,0 1,92 1, , ,5 1,87 1 3, ,0 2,32 2 3, ,5 2,35 2, , ,0 2,

106 Tabulka č. 43: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D13 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,5 1,13 2 3, ,0 1,02 1, , ,0 1,06 1 3, ,0 1,75 2 3, ,0 1,80 1,71 7 D13 w = 0,66 3 3, ,0 1,58 1 3, ,5 2,05 2 3, ,0 1,99 1, , ,0 1,94 1 2, ,5 2,73 2 3, ,5 2,65 2, , ,5 2,

107 Tabulka č. 44: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D14 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,0 0,74 2 3, ,0 0,70 0, , ,0 0,74 1 3, ,5 1,11 2 3, ,5 1,25 1,23 7 D14 w = 0,66 3 3, ,5 1,34 1 3, ,0 1,54 2 2, ,5 1,51 1, , ,0 1,48 1 2, ,0 1,99 2 2, ,5 1,87 1, , ,5 1,

108 Tabulka č. 45: Stanovení krychlené pevnosti v tlaku experimentální záměs D15 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost v tlaku L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] 1 3, ,0 0,57 2 3, ,0 0,61 0, , ,0 0,67 1 2, ,5 0,91 2 2, ,0 0,93 0,94 7 D15 w = 0,66 3 2, ,0 1,00 1 2, ,0 1,11 2 2, ,5 1,07 1, , ,5 1,17 1 2, ,5 1,44 2 2, ,0 1,51 1, , ,5 1,

109 Pevnost v tlaku [MPa] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Závislost krychelné pevnosti betonu v tlaku na době zrání 3 2,5 2 1,5 1 0,5 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D Stáří betonu [dny] Graf č. 15: Závislost krychelné pevnosti betonu v tlaku na době zrání experimentálních záměsí D1 D

110 Obr. č. 49: Zkouška krychelné pevnosti v tlaku na lisu WPM 600 kn Obr. č. 50: Detail porušení zkušebního tělesa při indikované ztrátě pevnosti Tabulka č. 46: Stanovení krychelné pevnosti v tlaku ve stáří betonu 2, 7, 14 a 28 dnů Označení záměsi Stáří betonu [dny] Pevnost v tlaku [MPa] D1 0,81 1,17 1,26 1,36 D2 0,48 0,75 0,85 1,01 D3 0,68 1,39 1,68 1,97 D4 0,24 0,48 0,7 0,86 D5 1,33 2,04 2,39 2,79 D6 0,88 1,76 2,44 2,76 D7 0,33 0,63 0,81 1,05 D8 0,54 1,15 1,26 1,60 D9 0,09 0,22 0,26 0,30 D10 0,63 0,98 1,16 1,48 D11 1,10 1,61 2,15 2,60 D12 1,02 1,72 1,84 2,33 D13 1,07 1,71 1,99 2,69 D14 0,73 1,23 1,51 1,94 D15 0,62 0,94 1,12 1,50 Z výše uvedené tabulky č. 46 je patrné, že krychelná pevnost betonu v tlaku ve stáří betonu 28 dnů se pohybovala, dle naměřených výsledků, v rozmezí hodnot 0,30 až 2,79 MPa. Z pohledu použitého cementu se vždy projevily lepší vlastnosti cementu CEM I 42,5R (viz kap ) kde všechny experimentální záměsí, u kterých byl tento cement použit, vykazovaly vyšší hodnoty krychlených pevností v tlaku ve stáří betonu

111 2, 7, 14 a 28 dnů, oproti záměsím, kde byl aplikován cement CEM II 32,5R. Jednalo se o experimentální směsi D1, D3, D8, D13 a D14. Při porovnání výsledné pevnosti betonu v tlaku ve stáří betonu 28 dnů vykazovala záměs D1 vyšší pevnost o 25,7 %, oproti srovnatelné záměsi D2, jejíž složení se lišilo pouze v typu použitého cementu. Rovněž při srovnání záměsí D3 ku D4, kde D3 vykazovala vyšší pevnost v tlaku o 56,3 %, D8 ku D7 byla pevnost vyšší o 34,3 %, D13 ku D12 vykazovala pevnost vyšší o 13,4 % a D14 ku D15 byla vyšší o necelých 22,7 %. V rámci experimentálních zkoušek byly navrženy i takové záměsi, kde složka mletého vápence byla úplně ze složení směsi vypuštěna a celé její hmotnostní množství nahrazeno cementem. Jednalo se o záměsi s označením D5 a D6, kde byl do drcené PUR pěny aplikován pouze cement CEM II 32,5R. Ve zkouškách na krychelnou pevnost v tlaku byla rovněž záměs D5 porovnávána se záměsí D4 a záměs D6 se záměsí D7, jejíž hmotnostní množství jednotlivých složek a typ použitého cementu (CEM II 32,5R) bylo srovnatelné. V koncových měřeních ve stáří betonu 28 dnů vykazovala záměs D5 ku D4 vyšší pevnost o 69,2 % a záměs D6 ku D7 vyšší pevnost o 61,9 %. Z výsledků je rovněž patrné, že u záměsi D6, u které bylo použito o 27,9 % méně cementu (392 kg na 1 m 3 ) oproti záměsi D5 se výsledné pevnosti téměř rovnají. Z toho vyplývá, že nadměrné množství cementu u záměsi D5 neovlivňuje koncovou pevnost betonu, ba naopak jej ekonomicky znevýhodňuje. U záměsí D9, D10 a D11 byla v závislosti na složení betonové směsi sledována souvislost s poměrem složek a výsledných pevností v tlaku. U záměsi D9 bylo aplikováno pouze 200 kg na 1 m 3 cementu (CEM II 32,5R), což se projevilo na výsledné pevnosti v tlaku, která tak činila 0,30 MPa ve 28 dnech stáří betonu. Postupnou úpravou složek se dařilo koncovou pevnost zvýšit tak, že u záměsi D10 činila 1,48 MPa a u záměsi D11 již byla na hodnotě 2,60 MPa ve stáří betonu 28 dnů. Z pohledu aplikované vody bylo u základních záměsí D1 a D2 použito pouze 32 % hmotnosti vody ku celkové hmotnosti suché směsi. Toto množství záměsové vody se ukázalo i díky zkoušce sednutí kužele (viz kap. 8.4) jako nedostačující. Proto byla u zbývajících záměsí D3 až D15 vždy vypočítána hmotnost vody, která tvořila 60 % hmotnosti suché směsi

112 Z pohledu všech experimentálních záměsí D1 D15 se průměrně zvýšila krychelná pevnost v tlaku v čase od 2. do 28. dne stáří betonu o 60,5 %. V závislosti složení betonové směsi a výsledných hodnot krychelné pevnosti v tlaku vychází nejlépe záměs D11, kde při použití 260 kg na 1 m 3 cementu (CEM II 32,5R) a jemně mletého vápence 68 kg na 1 m 3 byla pevnost ve stáří betonu 28 dnů rovna 2,6 MPa. 8.8 Stanovení hranolové pevnosti betonu v tlaku A. Teoretická část Zkoušku hranolové pevnosti betonu v tlaku popisuje norma ČSN EN Nejdříve se zkontrolují rozměry všech těles o tvaru 100x100x400 mm (přesnost 1 mm), úhly a rovinnost tlačných ploch a pokud nevyhovují ČSN EN , musí se upravit zbroušením, koncováním a řezáním. Vzorky se zváží s přesností ± 0,25%. Tímto způsobem se zjistí objemová hmotnost ztvrdlého betonu dle [71] každého ze zkušebních těles, které je následně umístěno do středu tlačné plochy lisu s max. odchylkou 1/100 hrany tělesa. Obr. č. 51: Schéma zkoušky hranolové pevnosti betonu v tlaku

113 Zkušební lis odpovídající normě ČSN EN má umožnit odčítání síly při zlomu s přesností ± 1 % (pro výrobní kontrolu postačí přesnost ± 3 %) nad 10 % zvoleného rozsahu stupnice. Tlačné plochy lisu jsou broušené ocelové desky, kde horní deska má kloubové uložení. Zatěžuje se plynule rychlostí 0,6 ± 0,4 MPa.s -1 (betony nižších pevností menší rychlostí, betony vyšších pevností vyšší rychlostí v uvedeném rozsahu). Hranolová pevnost v tlaku f p je pak poměr odečtené síly na lisu při zlomu F [N] k tlačné ploše vzorku A C [mm 2 ]. f p F A C 2 N mm MPa (6) f p hranolová pevnost v tlaku [N.mm -2 MPa]; F maximální zatížení při porušení [N]; A c průřezová plocha zkušebního tělesa, na kterou působí zatížení v tlaku (tlačná plocha = B x H) [mm 2 ]. B. Experimentální část Zkouška hranolové pevnosti betonu v tlaku byla provedena na 90 ks zkušebních těles v časových intervalech 2 a 28 dnů u všech experimentálních záměsí D1 až D15, kde bezprostředně po odformování byly tyto zkušební tělesa o tvaru hranolů uložena v laboratorním prostředí. Pro stanovení hranolové pevnosti v tlaku byla vždy použita jedna sada zkušebních těles, tj. 3 trámce o rozměrech hran 100x100x400 mm. Každé z těchto těles bylo před zkouškou změřeno s přesností na 1 mm 2 (rozměry L, B, H) a zváženo s přesností na 0,001 kg. Z těchto získaných údajů byla následně dle vzorce (12) (viz příloha č. 4) vypočtena skutečná objemová hmotnost ztvrdlého betonu (polyuretanbetonu) ve stáří 2 a 28 dnů. Změna objemové hmotnosti betonu, stanovovanou na zkušebních tělesech o tvaru hranolů, je zaznamenána v tabulkách č. 47 až 61. U koncové doby zrání betonu, tj. stáří 28 dnů, se objemová hmotnost pohybovala v rozmezí hodnot kg.m

114 Každý zkušební hranol byl poté uložen na střed podstavce trhacího stroje WPM 50 kn s rozsahem tlačné síly do 50 kn tak, aby vyvinutý tlak působil centricky a kolmo na směr jeho zhutnění viz [68]. Zkušební hranol byl při testu zatěžován až do jeho porušení, které signalizovalo pozastavení zatěžování. Schéma zkoušky hranolové pevnosti betonu v tlaku je znázorněno na obr. č. 51. Největší zatížení vyvozené na zkušební hranol představuje sílu F při porušení tělesa. Rychlost zatěžování musí být konstantní. Ve stanovování hranolové pevnosti betonu v tlaku (f p ) byl trhací stroj WPM 50 kn nastaven na rychlost zatěžování 0,022 MPa.s -1 (= 0,225 kn.s -1 ). Po provedení zkoušky byla stanovena koncová hranolová pevnost v tlaku f p samostatně pro každý zkušební hranol s přesností na 0,01 MPa. Tlačná plocha A c byla získána součinem rozměrů (B, H) tělesa s přesností na 1 mm 2, kde společně s naměřenými hodnotami max. zatěžovací síly F byly vypočteny dle vzorce (6) výsledné hodnoty hranolové pevnosti v tlaku. Získané výsledky z měření byly zpracovány formou tabulek č. 47 až 61 a grafu č. 16. Obr. č. 52: Zkouška hranolové pevnosti v tlaku na lisu WPM 50 kn Obr. č. 53: Zkouška hranolové pevnosti v tlaku - porušení zkušebních těles

115 Tabulka č. 47: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D1 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D1 w = 0,34 1 3, ,00 0,10 2 3, ,00 0,10 3 3, ,50 0,05 1 3, ,5 1,55 2 3, ,5 1,37 3 3, ,5 1,45 0,08 2 1,46 28 Tabulka č. 48: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D2 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D2 w = 0,34 1 3, ,5 0,55 2 3, ,5 0,55 3 3, ,5 0,45 1 3, ,5 1,23 2 3, ,5 1,04 3 3, ,08 0,51 2 1,

116 Tabulka č. 49: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D3 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D3 w = 0,64 1 4, ,0 0,70 2 4, ,5 0,65 3 4, ,0 0,70 1 3, ,5 2,25 2 3, ,0 2,17 3 3, ,0 2,20 0,68 2 2,21 28 Tabulka č. 50: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D4 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D4 w = 0,64 1 4, ,5 0,45 2 3, ,5 0,45 3 3, ,5 0,24 1 3, ,0 1,19 2 2, ,0 0,79 3 2, ,0 0,69 0,38 2 0,

117 Tabulka č. 51: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D5 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D5 w = 0,64 1 4, ,5 1,64 2 4, ,5 1,34 3 4, ,5 1,24 1 3, ,0 3,66 2 3, ,0 3,16 3 3, ,5 3,08 1,41 2 3,30 28 Tabulka č. 52: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D6 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D6 w = 0,66 1 4, ,0 0,88 2 4, ,5 0,94 3 4, ,5 0,64 1 3, ,0 3,47 2 3, ,0 3,34 3 3, ,0 3,40 0,82 2 3,

118 Tabulka č. 53: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D7 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D7 w = 0,66 1 4, ,0 0,30 2 4, ,0 0,30 3 4, ,0 0,30 1 3, ,0 1,09 2 3, ,0 1,08 3 3, ,0 1,31 0,30 2 1,16 28 Tabulka č. 54: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D8 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D8 w = 0,66 1 4, ,5 0,54 2 4, ,0 0,59 3 3, ,5 0,44 1 3, ,5 1,82 2 3, ,0 1,89 3 3, ,5 2,05 0,53 2 1,

119 Tabulka č. 55: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D9 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D9 w = 0,72 1 2, ,5 0,05 2 2, ,5 0,05 3 2, ,5 0,05 1 1, ,0 0,30 2 1, ,0 0,40 3 1, ,0 0,30 0,05 2 0,33 28 Tabulka č. 56: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D10 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D10 w = 0,69 1 3, ,5 0,54 2 3, ,0 0,59 3 3, ,0 0,59 1 3, ,0 1,19 2 3, ,0 1,50 3 3, ,0 1,19 0,58 2 1,

120 Tabulka č. 57: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D11 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D11 w = 0,67 1 4, ,0 0,87 2 4, ,5 1,00 3 4, ,0 0,96 1 3, ,5 2,79 2 3, ,0 2,82 3 3, ,0 2,63 0,94 2 2,75 28 Tabulka č. 58: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D12 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D12 w = 0,66 1 4, ,0 0,97 2 4, ,0 0,99 3 4, ,0 0,97 1 3, ,0 2,48 2 3, ,0 2,48 3 3, ,0 2,40 0,98 2 2,

121 Tabulka č. 59: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D13 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D13 w = 0,66 1 4, ,5 1,03 2 4, ,0 1,08 3 4, ,0 1,07 1 3, ,5 2,98 2 3, ,5 2,79 3 3, ,5 2,78 1,06 2 2,85 28 Tabulka č. 60: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D14 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D14 w = 0,66 1 3, ,5 0,74 2 4, ,0 0,67 3 4, ,5 0,74 1 3, ,6 2,02 2 3, ,0 2,08 3 3, ,0 2,04 0,71 2 2,

122 Tabulka č. 61: Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentální záměs D15 Označení záměsi Číslo vzorku Hmotnost Objemová hmotnost Rozměry vzorků Tlačná Zatěžovací Pevnost L B H plocha síla Ø Stáří betonu [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [mm 2 ] [kn] [MPa] [MPa] [Dny] D15 w = 0,66 1 3, ,5 0,54 2 4, ,5 0,54 3 4, ,5 0,54 1 3, ,0 1,49 2 3, ,0 1,37 3 3, ,0 1,46 0,54 2 1,

123 0,08 0,05 0,51 0,38 0,30 0,33 0,53 0,68 0,58 0,54 0,82 0,71 0,89 0,94 0,98 Pevnost v tlaku [MPa] 1,12 1,16 1,06 1,46 1,41 1,30 1,44 1,92 2,05 2,21 2,45 2,75 2,85 3,30 3,40 Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Stanovení hranolové pevnosti v tlaku experimentálních záměsí po 2 a 28 dnech 4 3,5 Stáří betonu 2 dny Stáří betonu 28 dnů 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 Experimentální záměs Graf č. 16: Stanovení hranolové pevnosti betonu v tlaku experimentálních záměsí po 2 a 28 dnech

124 Stanovení hranolové pevnosti betonu v tlaku bylo provedeno v časových intervalech 2 a 28 dnů. Naměřené hodnoty byly zpracovány formou tabulek č. 47 až 61 a znázorněny grafem č. 16, ze kterého logicky vyplývá, že časovým zráním betonu dochází ke zvyšování jeho pevností v tlaku. Hranolová pevnost se pohybovala ve stáří betonu 2 dny v rozmezí hodnot 0,05 1,41 MPa, kde i při takto nízkých pevnostech v tlaku se tento beton stává tzv. pochůzí. Hranolová pevnost ve stáří betonu 28 dnů byla měřením stanovena na 0,33 3,40 MPa. Nejnižší nárůst pevnosti byl zaznamenán u záměsi D2 a to o 54,5 %. Koncová pevnost tak činila 1,12 MPa. U záměsi D1 byl naopak nárůst pevnosti největší, a to o celých 94,5 %. Tyto experimentální záměsi jsou specifické z pohledu množství použité vody (32 % hmotnosti suché směsi betonu, viz kap 8.3.4). Záměsi, u kterých bylo aplikováno 60 % vody hmotnosti suché směsi betonu (D3 D15), vykazovala nejnižší nárůst pevnosti záměs s označením D10 a to o 55,4 %. Koncová pevnost tak činila 1,30 MPa. Naopak u záměsi D9 byl zaznamenán největší nárůst pevnosti, a to o celých 84,8 %, ovšem z pohledu výsledné pevnosti, která byla stanovena na 0,33 MPa, se záměs D9 jevila nejhůře. Z pohledu všech experimentálních záměsí D1 D15 se průměrně zvýšila hranolová pevnost v tlaku v čase od 2. do 28. dne stáří betonu o 67 %. Vzhledem k časovým intervalům 2 a 28 dnů, ve kterých bylo měření hranolové pevnosti betonu v tlaku prováděno, nebylo možné graficky vykreslit typickou pevnostní charakteristiku zrání betonu. Proto byly hranolové pevnosti ve stáří betonu 2, 7, 14 a 28 dnů přepočítány dle vzorce (7), (přejato z [23]). Výsledné hodnoty jsou znázorněny v tabulce č. 62 a vykresleny grafem č. 17. Pevnost betonu v libovolném stáří se získá ze vztahu: f pt f p 28 0,345 logt 0,5 MPa (7) f pt f p28 T hranolová pevnost betonu v libovolném stáří [MPa]; hranolová pevnost betonu po 28 dnech [MPa]; stáří betonu [dny]

125 Tabulka č. 62: Vypočtená hranolová pevnost betonu v tlaku v časových intervalech 2, 7, 14 a 28 dnů Typ záměsi Krychelná pevnost f c28 Experimentální hodnoty Hranolová pevnost f p28 Poměr f p28 : f c28 Vypočtené hodnoty T=2 Vypočtená hranolová pevnost betonu v tlaku v čase od 2 do 28 dnů Vzorec (7) f pτ =f p28.(0,345. LogT+0,5) Vypočtené hodnoty T=7 Vypočtené hodnoty T=14 Vypočtené hodnoty T=28 [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] D1 1,36 1,46 1,07 0,88 1,16 1,31 1,46 D2 1,01 1,12 1,11 0,68 0,89 1,00 1,12 D3 1,97 2,21 1,12 1,33 1,75 1,98 2,21 D4 0,86 0,89 1,03 0,54 0,70 0,80 0,89 D5 2,79 3,30 1,18 1,99 2,61 2,95 3,30 D6 2,76 3,40 1,23 2,05 2,69 3,04 3,40 D7 1,05 1,16 1,10 0,70 0,92 1,04 1,16 D8 1,60 1,92 1,20 1,16 1,52 1,72 1,92 D9 0,30 0,33 1,10 0,20 0,26 0,30 0,33 D10 1,48 1,30 0,88 0,79 1,03 1,16 1,30 D11 2,60 2,75 1,06 1,66 2,18 2,46 2,75 D12 2,33 2,45 1,05 1,48 1,94 2,19 2,45 D13 2,69 2,85 1,06 1,72 2,26 2,55 2,85 D14 1,94 2,05 1,06 1,24 1,62 1,84 2,05 D15 1,50 1,44 0,96 0,87 1,14 1,29 1,

126 Pevnost v tlaku [MPa] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Závislost hranolové pevnosti betnu na době zrání betonu 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D Stáří betonu [dny] Graf č. 17: Pevnostní charakteristika z vypočtené hranolové pevnosti betonu v tlaku

127 Výsledné hodnoty získané vztahem (7) udávají přibližné hranolové pevnosti ve stáří betonu 2, 7 a 14 dnů. Výsledná pevnost v časovém intervalu 28 dnů stáří betonu je rovna stanoveným hodnotám získaným experimentálním měřením. Tím bylo zjištěno, že nejvyšší hranolovou pevnost v tlaku měla záměs D6 (3,40 MPa), která byla o celých 90,3 % vyšší, než pevnost v tlaku záměsi D9. Ta činila pouze 0,33 MPa. Tento výrazný rozdíl je však dán odlišným složením jednotlivých experimentálních záměsí, respektive množstvím použitého cementu (viz kap ). Z pohledu stanovení pevnosti betonu v tlaku byly rovněž vzájemně porovnávány výsledné krychlené a hranolové pevnosti ve stáří betonu 2 a 28 dnů. Hodnoty jsou znázorněné v tabulce č. 63 a grafech č. 18 a 19. Tabulka č. 63: Porovnání krychlené a hranolové pevnosti v tlaku ve stáří betonu 2 a 28 dnů Označení záměsi Pevnost betonu v tlaku ve stáří betonu 2 a 28 dnů 2 dny 28 dnů Krychelná Hranolová Krychelná Hranolová [MPa] [MPa] D1 0,81 0,08 1,36 1,46 D2 0,48 0,51 1,01 1,12 D3 0,68 0,68 1,97 2,21 D4 0,24 0,38 0,86 0,89 D5 1,33 1,41 2,79 3,30 D6 0,88 0,82 2,76 3,40 D7 0,33 0,30 1,05 1,16 D8 0,54 0,53 1,60 1,92 D9 0,09 0,05 0,30 0,33 D10 0,63 0,58 1,48 1,30 D11 1,10 0,94 2,60 2,75 D12 1,02 0,98 2,33 2,45 D13 1,07 1,06 2,69 2,85 D14 0,73 0,71 1,94 2,05 D15 0,62 0,54 1,50 1,

128 0,08 0,09 0,05 0,24 0,38 0,33 0,30 0,48 0,51 0,54 0,53 0,81 0,68 0,68 0,63 0,58 0,88 0,82 0,73 0,71 0,62 0,54 Pevnost v tlaku [MPa] 1,10 0,94 1,02 0,98 1,07 1,06 1,33 1,41 Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Hodnoty krychelné a hranolové pevnosti experimentálních záměsí po 2 dnech 4 3,5 Krychelná pevnost Hranolová pevnost 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 Experimentální záměs Graf č. 18: Stanovené hodnoty krychelné a hranolové pevnosti po 2 dnech

129 0,3 0,33 0,86 0,89 Pevnost v tlaku [MPa] 1,01 1,12 1,05 1,16 1,36 1,46 1,3 1,6 1,48 1,5 1,44 1,97 1,92 1,94 2,05 2,21 2,6 2,33 2,45 2,79 2,76 2,75 2,69 2,85 3,3 3,4 Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích Hodnoty krychelné a hranolové pevnosti experimentálních záměsí po 28 dnech 4 3,5 Krychelná pevnost Hranolová pevnost 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 Experimentální záměs Graf č. 19: Stanovené hodnoty krychelné a hranolové pevnosti po 28 dnech

130 Z porovnání výsledků krychlené a hranolové pevnosti v tlaku znázorněny grafy č. 18 a 19 je patrné, že u všech experimentálních záměsí byly ve stáří betonu 2 dny pevnosti téměř srovnatelné. Rozdíl se výrazněji projevil, až v koncové pevnosti (stáří 28 dnů), kdy u všech experimentálních záměsí, kromě záměsi D10 a D15, byla hranolová pevnost vždy vyšší, než krychlená. Rozdíl pevností se pohyboval v rozmezí 3,5 20 %. Dá se to vysvětlit menšími rozměrovými parametry průřezu hranolů, ve kterých proces hutnění, tuhnutí a tvrdnutí probíhá poněkud rychleji, než u krychlí. Nicméně, při srovnání s běžnými betony, jejichž koncové pevnosti v tlaku se pohybují okolo 25 MPa, je rozdíl v hodnotách hranolové a krychelné pevnosti u betonů na bázi polyuretanu téměř zanedbatelný (max. o 18,8 %, tj. 0,64 MPa). Kromě stanovených hodnot hranolových pevností (záměsí D1 D15) získaných provedením experimentálních zkoušek, byly hranolové pevnosti uvedených záměsí přepočítány v závislosti na krychelné pevnosti podle uvedených vzorců (8) a (9) přejatých z [23]. Vypočtené hodnoty jsou uvedeny v tabulce č. 64 a grafu č. 20. a) Skramtajevuv vzorec f p 0,7 f c MPa (8) f p hranolová pevnost [MPa]; f c krychelná pevnost [MPa]. b) Grozděvuv vzorec f p 130 fc 145 3f c f c MPa (9) f p hranolová pevnost [MPa]; f c krychelná pevnost [MPa]

131 Tabulka č. 64: Přepočet krychelné pevnosti na hranolovou pevnost experimentálních záměsí D1 D15 dle vzorců (8) a (9) Přepočet hranolové pevnosti betonu v tlaku Označení záměsi Exper. krychelná pevnost f c28 Exper. hranolová pevnost f p28 Poměr f p28 / f c28 Vzorec (8) Vzorec (9) Skramtajevuv vzorec Grozděvuv vzorec f p = 0,7. f c f p =(130+f c /145+3f c ).f c Vypočtené Vypočtené hodnoty Poměr hodnoty f p28 exp. : f p [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] Poměr f p28 exp. : f p D1 1,36 1,46 1,07 0,95 1,53 1,20 1,22 D2 1,01 1,12 1,11 0,71 1,58 0,89 1,25 D3 1,97 2,21 1,12 1,38 1,60 1,72 1,28 D4 0,86 0,89 1,03 0,60 1,48 0,76 1,17 D5 2,79 3,30 1,18 1,95 1,69 2,42 1,37 D6 2,76 3,40 1,23 1,93 1,76 2,39 1,42 D7 1,05 1,16 1,10 0,74 1,58 0,93 1,25 D8 1,60 1,92 1,20 1,12 1,71 1,41 1,37 D9 0,30 0,33 1,10 0,21 1,57 0,27 1,23 D10 1,48 1,30 0,88 1,04 1,25 1,30 1,00 D11 2,60 2,75 1,06 1,82 1,51 2,26 1,22 D12 2,33 2,45 1,05 1,63 1,50 2,03 1,21 D13 2,69 2,85 1,06 1,88 1,51 2,33 1,22 D14 1,94 2,05 1,06 1,36 1,51 1,70 1,21 D15 1,50 1,44 0,96 1,05 1,37 1,32 1,

132 Hranolová pevnost v tlaku [MPa] Záměs D9 Záměs D4 Záměs D2 Záměs D7 Záměs D1 Záměs D10 Záměs D15 Záměs D8 Záměs D14 Záměs D3 Záměs D12 Záměs D11 Záměs D13 Záměs D6 Záměs D5 Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích 4 Závislost hranolové pevnosti na krychelné pevnosti betonu experimentálních záměsí po 28 dnech 3,5 3 2,5 Experimentální hodnoty Skramtajevuv vzorec (8) Grozděvuv vzorec (9) 2 1,5 1 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 Krychelná pevnost v tlaku [MPa] Graf č. 20: Závislost hranolové pevnosti na krychlené pevnosti betonu experimentálních záměsí po 28 dnech

133 V grafu č. 20 je znázorněno porovnání závislosti hranolové pevnosti na krychelné pevnosti experimentálních a výpočtových hodnot dle vzorce (8) a (9). Z uvedeného můžeme konstatovat, že nejlépe odpovídají experimentálně stanoveným hodnotám hodnoty vypočteny dle vzorce (9) (tj. Gozděvuv vzorec), a to u záměsi D1, D2, D4, D7, D9, D10 a D Stanovení mrazuvzdornosti betonu A. Teoretická část Cyklické zmrazování a rozmrazování může vážně porušit betonové konstrukce. Tímto způsobem dochází k porušení jak ztvrdlé cementové pasty, tak kameniva. Porušení je způsobeno růstem objemu, ke kterému dochází při přeměně vody v led (objemový přírůstek až 9 %) při poklesu teploty vody pod 0 C. Pokud je beton vyschlý, nemůže k porušení mrazem dojít, protože voda v betonu není [4]. Základní zkouškou mrazuvzdornosti betonu je zkouška střídavého zmrazování a rozmrazování vodou nasycených betonových trámců počtem cyklů, který dle požadavku na stupeň mrazuvzdornosti betonu je dán příslušnými normami, předpisy nebo projektem a zkouškou stanovení míry porušení trámců. Na základě těchto základních zkoušek je možno odvodit kritéria pro určení mrazuvzdornosti betonu při menším počtu zmrazovaných cyklů, jsou-li změny struktury betonu sledovány nedestruktivními dynamickými zkouškami. Zkouška mrazuvzdornosti betonu se stanovuje dle ČSN [62], která platí pro betony z hutného i pórovitého kameniva. V Česku se nejčastěji používá ČSN : Stanovení mrazuvzdornosti betonu, která počítá index mrazuvzdornosti z dynamických modulů pružnosti, nebo jako poměr pevností v tahu ohybem a v tlaku vzorků, které prodělaly příslušný počet cyklů (-20 C až +20 C) a vzorků srovnávacích. Mezní hodnota součinitele mrazuvzdornosti, aby byl beton považován za mrazuvzdorný, je 75 % [4, 62]. Zkouška pevnosti betonu v tahu za ohybu, jejíž schéma zatížení zkušebního hranolu při zkoušce je znázorněno na obr. č. 54, se provádí dle normy [70] a to jak u porovnávacích hranolů ve stáří 28 dnů tj. nezmrazovaného betonu, tak i u trámců, které prošly stanoveným počtem zmrazovacích cyklů

134 Obr. č. 54: Uspořádání zatěžování zkušebního tělesa (zatěžování dvěma břemeny); 1 zatěžovací válečky (otočný a výkyvný), 2 podpěrný váleček, 3 podpěrný váleček (otočný a výkyvný) Pevnost v tahu ohybem se počítá dle následujícího vztahu: f cf F l d d MPa (10) f cf pevnost v tahu ohybem [MPa N.mm -2 ]; F l maximální síla [N]; = 3d, vzdálenost mezi zatěžovacími válečky [mm]; d 1,d 2 rozměry příčného řezu tělesa [mm], (viz. obr. č. 54). B. Experimentální část Z důvodu srovnatelných objemových hmotností čerstvé betonové směsi, které byly stanoveny v kapitole 8.5, bylo pro realizaci této zkoušky vybráno celkem 11 experimentálních záměsí, a to: D3, D4, D5, D6, D7, D8, D11, D12, D13, D14 a D

135 Bylo zhotoveno celkem 66 ks hranolů o rozměrech 100x100x400 mm, jejichž postup výroby je uveden v kapitole Vyrobená, nevyztužená zkušební tělesa byla uložena do doby stáří betonu 28 dnů ve vodní lázni při teplotě vody 20 C. Ke každé experimentální záměsi, na které byla provedena zkouška mrazuvzdornosti bylo zhotoveno min. 6 ks zkušebních těles rozdělených na dvě sady. Jedna sada těles, tj. 3 ks sloužila, jako komparační (porovnávací), která nepodléhala zmrazování. Druhá sada těles (3 ks) byla podrobena zmrazovacím cyklům 2 x 25. Pomocí mrazícího boxu KD 20 (kap. 7.5) se zmrazování a rozmrazování zkušebních těles konalo ve zmrazovacích cyklech, při kterých byla teplota mrazícího prostředí v rozmezí 20 C až + 20 C, ± 2 C. Jeden zmrazovací cyklus se skládal ze 4 hodin zmrazování a 4 hodin rozmrazování. Zkušební trámce před prvním vložením do mrazícího prostoru byly vytaženy z vody, povrchově osušeny a zváženy, hodnoty zapsány do tabulky (viz tabulky č. 65 až 75). Nato byly podrobeny 2 x 25 zmrazovacím cyklům. Po prvních 25 cyklech byla všechna zkušební tělesa zkontrolována na jejich porušení. Po ukončení zmrazovací etapy (2 x 25 zmrazovacích cyklů) byly vždy experimentální trámce zkoušeny takto: jednotlivá zkušební tělesa byla po prvotním osušení přeměřena s přesností na 1 mm a zvážena (přesnost 0,001 kg). Pak se zkušební hranoly zkoušely na pevnost v tahu za ohybu a pevnost v tlaku na koncích trámců dle ČSN EN [70]. U zkoušky pevnosti v tahu za ohybu bylo každé ze zkušebních těles vloženo mezi zatěžovací válečky trhacího stroje ZD 40 (viz obr. č. 54 a 58), kde na něj byl vyvíjen tlak až do jeho porušení (rozlomení). Výsledná koncová síla byla odečtena z měřícího zařízení a zapsána do tabulek č. 65 až 75. Následovala zkouška pevnosti betonu v tlaku na koncích trámců. Podstatou zkoušky je vyvinout tlak na zkušební těleso 50 mm od jeho konce tlačnou plochou o rozměrech 100x100 mm. K tomuto účelu sloužily dvě broušené ocelové destičky umístěné na střed tlačné plochy lisu WPM 600 kn. Pro stanovení pevnosti v tlaku na koncích trámců byl lis nastaven na velmi malou rychlost zatěžování a to na 0,01 MPa.s -1 (= 225 kn.s -1 ). Po provedení zkoušky byla stanovována koncová pevnost samostatně pro každý rozlomený zkušební trámec ze vztahu:

136 f F A 1,2 C 2 N mm MPa (11) f 1,2 pevnost v tlaku na koncích trámců [N.mm -2 MPa]; F maximální zatížení při porušení [N]; A c průřezová plocha zkušebního tělesa, na kterou působí zatížení v tlaku (tlačná plocha = 100x100mm) [mm 2 ]. Výsledná koncová síla byla odečtena z měřícího zařízení, přepočítána dle vzorce (11) a zapsána do tabulek č. 65 až 75. Obr. č. 55: Uložení zkušebních těles ve vodní lázni Obr. č. 56: Zkouška pevnosti v tlaku na koncích trámců Obr. č. 57: Uložení těles v mrazícím boxu KD - 20 Obr. č. 58: Zkouška pevnosti v tahu za ohybu

137 Tabulka č. 65: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D3 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] Ø [MPa] [kg] 1 4, ,66 1,95 2,75 2,35 - komparační 2 4, ,59 0,62 2,35 2,60 2,48 2,34 - D3 3 4, ,60 2,15 2,25 2,20-0, , ,46 1,43 1,55 1,49 4,584 zmrazované 2 4, ,46 0,48 1,15 1,25 1,20 1,43 4, , ,51 1,60 1,60 1,60 4,

138 Tabulka č. 66: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D4 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] 1 4, ,53 1,65 1,70 1,68 - komparační 2 4, ,55 0,51 1,50 1,50 1,50 1,59 - D4 3 4, ,44 1,65 1,55 1,60-0, , ,08 0,70 0,75 0,73 4,820 zmrazované 2 4, ,09 0,08 0,75 0,70 0,73 0,73 4, , ,08 0,70 0,75 0,73 4,

139 Tabulka č. 67: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D5 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] 1 4, ,05 3,20 3,00 3,10 - komparační 2 4, ,10 1,06 2,90 3,00 2,95 3,03 - D5 3 4, ,05 3,10 3,00 3,05-0, , ,88 2,80 2,75 2,78 4,372 zmrazované 2 4, ,86 0,89 2,60 2,70 2,65 2,71 4, , ,93 2,65 2,75 2,70 4,

140 Tabulka č. 68: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D6 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] 1 4, ,95 3,15 2,80 2,98 - komparační 2 4, ,02 0,98 3,00 2,70 2,85 2,91 - D6 3 4, ,98 3,08 2,75 2,92-0, , ,82 2,70 2,65 2,68 4,571 zmrazované 2 4, ,78 0,84 2,30 2,60 2,45 2,51 4, , ,92 2,40 2,40 2,40 4,

141 Tabulka č. 69: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D7 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] 1 4, ,47 1,05 1,15 1,10 - komparační 2 4, ,40 0,43 1,05 1,10 1,08 1,09 - D7 3 4, ,39 1,10 1,10 1,10-0, , ,12 0,60 0,60 0,60 4,792 zmrazované 2 4, ,13 0,14 0,55 0,50 0,53 0,58 4, , ,18 0,60 0,65 0,63 4,

142 Tabulka č. 70: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D8 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] 1 4, ,59 1,65 1,70 1,68 - komparační 2 4, ,56 0,57 1,70 1,70 1,70 1,69 - D8 3 4, ,57 1,75 1,65 1,70-0, , ,39 1,05 1,10 1,08 4,726 zmrazované 2 4, ,28 0,33 1,20 1,30 1,25 1,15 4, , ,33 1,05 1,20 1,13 4,

143 Tabulka č. 71: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D11 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] 1 4, ,73 2,10 2,20 2,15 - komparační 2 4, ,72 0,72 1,95 1,90 1,93 2,01 - D11 3 4, ,71 1,95 1,95 1,95-0, , ,67 2,10 2,00 2,05 4,605 zmrazované 2 4, ,48 0,58 1,55 1,55 1,55 1,83 4, , ,60 1,95 1,80 1,88 4,

144 Tabulka č. 72: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D12 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] 1 4, ,65 1,90 2,00 1,95 - komparační 2 4, ,65 0,65 1,75 1,70 1,73 1,81 - D12 3 4, ,64 1,75 1,75 1,75-0, , ,61 1,90 1,80 1,85 4,478 zmrazované 2 4, ,41 0,52 1,40 1,40 1,40 1,65 4, , ,54 1,75 1,65 1,70 4,

145 Tabulka č. 73: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D13 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] 1 4, ,82 2,55 2,70 2,63 - komparační 2 4, ,87 0,85 2,60 2,55 2,58 2,60 - D13 3 4, ,84 2,60 2,60 2,60-0, , ,52 2,00 1,70 1,85 4,744 zmrazované 2 4, ,69 0,60 2,05 2,00 2,03 1,94 4, , ,59 1,85 2,05 1,95 4,

146 Tabulka č. 74: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D14 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] 1 4, ,65 1,75 1,70 1,73 - komparační 2 4, ,65 0,65 1,75 1,80 1,78 1,72 - D14 3 4, ,65 1,70 1,60 1,65-0, , ,62 1,25 1,50 1,38 4,343 zmrazované 2 4, ,46 0,55 1,50 1,10 1,30 1,31 4, , ,58 1,35 1,15 1,25 4,

147 Tabulka č. 75: Stanovení mrazuvzdornosti experimentální záměs D15 Označení záměsi Druh trámců Číslo vzorku Hmotnost po sycení vodou Objemová hmotnost Rozměry zkušebních těles Pevnost v tlaku na koncích trámců Součinitel Pevnost v ohybu mrazuvzdornosti L B H 1 2 Ø 1 a 2 Ø [MPa] Hmotnost po zmrazování [kg] [kg.m -3 ] [mm] [mm] [mm] [N] [MPa] Ø [MPa] [%] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] 1 4, ,50 1,40 1,40 1,40 - komparační 2 4, ,50 0,51 1,35 1,35 1,35 1,38 - D15 3 4, ,52 1,40 1,40 1,40-0, , ,25 0,80 0,80 0,80 4,482 zmrazované 2 4, ,29 0,26 0,85 0,85 0,85 0,82 4, , ,22 0,80 0,80 0,80 4,

148 Tabulka č. 76: Stanovení mrazuvzdornosti po 50 cyklech zmrazování betonu vybraných experimentálních záměsí Označení záměsi ᴓ pevnost v ohybu (f cf ) Součinitel mrazuvzdornosti ᴓ pevnost na koncích trámců (f 1,2 ) Komparační Zmrazované Komparační Zmrazované [MPa] [%] [MPa] D3 0,62 0, ,34 1,43 D4 0,51 0, ,59 0,73 D5 1,06 0, ,03 2,71 D6 0,98 0, ,91 2,51 D7 0,43 0, ,09 0,58 D8 0,57 0, ,69 1,15 D11 0,72 0, ,01 1,83 D12 0,65 0, ,81 1,65 D13 0,85 0, ,60 1,94 D14 0,65 0, ,72 1,31 D15 0,51 0, ,38 0,

149 Pevnost v ohybu [MPa] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 Pevnost v tahu ohybem experimentálních záměsí před a po 50 cyklech zmrazování betonu Komparační beton Zmrazovací beton 1,06 0,98 0,89 0,84 0,85 0,72 0,65 0,65 0,62 0,57 0,58 0,60 0,55 0,51 0,52 0,51 0,48 0,43 0,33 0,26 0,2 0,08 0,14 0 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D11 D12 D13 D14 D15 Experimentální záměs Graf č. 21: Pevnost v tahu ohybem experimentálních záměsí před a po 50 cyklech zmrazování betonu

150 Pevnost v tlaku [MPa] Ing. Martin Šťastný: Využití expandovaných plastických hmot ve stavebních směsích 3,5 3 2,5 Pevnost v tlaku na koncích trámců experimentálních záměsí po 50 cyklech zmrazování betonu Komparační beton 3,03 2,91 Zmrazovací beton 2,71 2,60 2,51 2,34 2 1,5 1,43 1,59 1,09 1,69 1,15 2,01 1,83 1,81 1,65 1,94 1,72 1,31 1,38 1 0,5 0,73 0,58 0,82 0 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D11 D12 D13 D14 D15 Experimentální záměs Graf č. 22: Pevnost v tlaku na koncích trámců experimentálních záměsí po 50 cyklech zmrazování betonu

151 V rámci stanovení mrazuvzdornosti, které je známkou trvanlivosti samotného betonu byly provedeny na 11 vybraných experimentálních záměsích zkoušky pevnosti betonu v tahu za ohybu a zkoušky pevnosti v tlaku na koncích trámců, a to jak na komparační (srovnávací) sadě (3 ks) zkušebních těles, tak i na tělesech zmrazovaných (3 ks). Výsledné hodnoty byly zaznamenány v tabulkách č. 65 až 76 a znázorněny v grafech č. 21 a 22. Z naměřených výsledků je patrné, že za mrazuvzdorný beton na bázi polyuretanu můžou být považovány ty záměsi, jejichž součinitel mrazuvzdornosti přesahuje mezní hodnotu 75 %. Jedná se o experimentální záměsi s označením D3, D5, D6, D11, D12 a D14. U záměsí D8, D13 a D15 se součinitel mrazuvzdornosti pohyboval v rozmezí % a u záměsí D4 a D7 byl dokonce v rozmezí %. U každé experimentální záměsi došlo vlivem zkoušky mrazuvzdornosti ke snížení její pevnosti a to jak u pevnosti v tahu za ohybu, tak i u pevnosti v tlaku na koncích trámců. Zatímco pokles pevnosti v tahu za ohybu je prezentován, jako samotný součinitel mrazuvzdornosti, tak pokles pevnosti v tlaku na koních trámců je popsán takto: nejvyšší pokles pevnosti v tlaku na koncích trámců, a to 54,1 %, bylo zaznamenáno u záměsi D4 a u záměsi D7 činil 46,8 %. Oproti tomu u záměsi D12 byl zaznamenán nejnižší pokles pevnosti v tlaku na koncích trámců, a to pouze 8,8 %, u záměsi D11, 8,9 %, u záměsi D5, 10,6 % a u záměsi D6, 13,7 %. Z výsledků zkoušky lze usoudit, že experimentální záměsi D4, D7, D8 a D15 zcela nevyhovují požadavkům mrazuvzdornosti, kladené na betony, zatímco experimentální záměsí D3, D5, D6, D11, D12 a D14 odolávají těmto teplotním změnám

152 9. Závěr Cílem předložené disertační práce byl experimentální výzkum zabývající se zpracováním drcené polyuretanové pěny o objemové hmotnosti kg.m -3 po ukončení jejího životního cyklu, jako plniva do stavebních směsí, konkrétně jako náhrada za přírodní kamenivo do lehkého betonu. Rovněž byla popsána i problematika výroby, zpracování a způsoby recyklace polyuretanu a polyuretanových odpadů. Pro vytyčený záměr aplikace polyuretanových odpadů do stavebních směsí bylo vybráno 7 vzorků drcené PUR pěny, které prošly úpravou na drtičích plastů a nožových mlýnech, za účelem zdrobnění polyuretanových odpadů do podoby drtě. Jako vhodným ke zdrobňování polyuretanové pěny na požadovanou velikost zrna 4/8 mm je nožový mlýn typu MN 300 (kap , b). Všechny vzorky polyuretanové drtě byly podrobeny analýze zrnitosti (viz kap. 8.2). Na základě výsledků zrnitostní analýzy, byla jako nejvhodnější vybrána polyuretanová drť frakce 4/8 mm, jako plnivo do lehkých betonů s obsahem PUR pěny. Výsledné hodnoty stanovení znázorňují tabulky č. 15 až 21 a jednotlivé křivky zrnitosti (viz grafy č. 5 až 12). V rámci experimentálního výzkumu bylo následně navrženo 15 experimentálních betonových záměsí s označením D1 D15, u kterých byla hledána optimální skladba receptury. Složení jednotlivých záměsí je popsáno v kapitole a znázorněno v tabulce č. 27. Objemová hmotnost suché betonové směsi se pohybovala vlivem jednotlivých experimentálních návrhů od 240 kg.m -3 do 584 kg.m -3. U všech experimentálních záměsí byla sledována konzistence betonové směsi metodou sednutí kužele (viz kap. 8.4), která přímo ovlivňuje samotnou zpracovatelnost betonu. Výsledné hodnoty jsou prezentovány v tabulce č. 29 a grafu č. 13. Na základě prezentovaných výsledků, kde se konzistence čerstvé betonové směsi pohybovala v celém rozsahu tříd S1 S5 je možno říci, že nejlepší zpracovatelností se vyznačovaly experimentální záměsi spadající do tříd S2 S3 (měkké, velmi měkké). Náhradou přírodního plniva, recyklovanou PUR pěnou, byl vyvinut nový typ lehkého betonu s objemovou hmotností čerstvé betonové směsi kg m 3,

153 stanovenou zkouškou v kap Výsledné hodnoty objemové hmotnosti ČBS jsou uvedeny v tabulce č. 30 a znázorněny v grafu č. 14. V rámci stanovení fyzikálně-mechanických vlastností lehkého betonu na bázi polyuretanu bylo zhotoveno celkem 336 ks zkušebních těles, na kterých bylo provedeno stanovení krychelné pevnosti v tlaku ve stáří betonu 2, 7, 14 a 28 dnů (kap. 8.7), hranolové pevnosti v tlaku ve stáří betonu 2 a 28 dnů (viz kap. 8.8) a stanovení mrazuvzdornosti betonu (kap. 8.9). Výsledné hodnoty jsou prezentovány formou tabulek č , 47 62, a grafů č. 15, 16, 18, 19, 20, 21 a 22, ze kterých jsou patrné max. a min. hodnoty krychelných a hranolových pevností betonu v tlaku ve výše zmíněných časových intervalech, a také stanovený součinitel mrazuvzdornosti. Jako nejlépe z navržených experimentálních záměsí, a to jak z pohledu složení, tak i z hodnot získaných z jednotlivých stanovení se jevila záměs s označením D11. Tuto experimentální záměs tvořil hmotnostní poměr 40 kg na 1 m 3 drcené polyuretanové pěny, 260 kg na 1 m 3 cementu CEM II 32,5R, 68 kg na 1 m 3 jemně mletého vápence VMV 15/V a 221 kg na 1 m 3 záměsové (pitné) vody (kap , tabulka č. 27). Při určení konzistence čerstvé betonové směsi byla experimentální záměs D11 definována, jako měkká (třída S2, tabulka č. 29) a tím i dobře zpracovatelná. Objemová hmotnost ČBS experimentální záměsi D11 byla stanovením určena na 1070 kg.m -3. Zkoušky krychelné a hranolové pevnosti v tlaku na zkušebních tělesech opět prokázaly, že dané složení záměsi D11 se dobře projevuje ve výsledných (koncových) pevnostech oproti ostatním experimentálním záměsím, na kterých byly tyto zkoušky prováděny (tabulky č. 46 a 63, grafy č. 15 a 16). Ve stáří betonu 28 dnů, kde objemová hmotnost zatvrdlého betonu činila 890 kg.m -3, byla krychelná pevnost v tlaku stanovena na 2,60 MPa a hranolová pevnost v talku byla stanovena na 2,75 MPa. Rovněž stanovení mrazuvzdornosti prokázalo u záměsi D11 trvanlivost proti teplotním změnám (tabulka č. 76, grafy č 21 a 22), kde součinitel mrazuvzdornosti byl stanoven na 81 %. Na základě provedeného experimentálního výzkumu lze konstatovat, že lehké betony na bázi drcené polyuretanové pěny je možné vyrábět a zpracovávat o různých objemových hmotnostech za předpokladu nízkých koncových pevností v tlaku. Objemová hmotnost ve stáří betonu 28 dnů byla stanovena po zaokrouhlení na kg.m -3. Takovýto lehký beton by bylo možné využít v monolitických

154 konstrukcích, nebo jako výplňový materiál např. ve vodorovných konstrukcích střech, v podlahách, či stropních konstrukcích. Jelikož je v současné době polyuretanový odpad v drtivém množství zpracováván metodou spalování a objemného ukládání na komunálních skládkách, což není přímo v souladu s ochranou životního prostředí, jeví se využití těchto polyuretanových odpadů vniklých z prvovýroby, či z recyklace bílé techniky, jakožto nové plnivo v segmentu lehkých betonů, jako jedno z možných řešení

155 Seznam literatury [1] BEHRENT, G., NABER, B.: The chemical recycling of polyurethanes. Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy. 2009, str. 44, s [2] BENES, H., ROSNER, J., HOLLER, P., SYNKOVÁ, H., KOTEK, J., HORÁK, Z.: Glycolysis of flexible polyuretane foam in recycling of car seats. Academy of Science of the Czech Republic. Prague [3] BOSER, R., RAGSDALE, T., DUVEL, Ch. Recycled Foam and Cement Composites in Insulating Concrete Forms. Journal of Industrial Technology, 2002, vol. 18, no. 3 [4] COLLEPARDI, M.: Moderní beton, Praha 2009, 344s., ISBN: [5] DUCHÁČEK., Vratislav: Polymery - výroba, vlastnosti, zpracování, použití. VŠ chemicko-technologická v Praze, Praha ISBN ) [6] DVOŘÁK M.: Diplomová práce: Ověření pojivých vlastností popílku, VŠB TU Ostrava, 2009, 60s. [7] FILIPI, B.: Plasty. Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství v Ostravě, 2003, 48s, ISBN: [8] FRAJ, A. B., KISMI, M., MOUNANGA, P.: Valorization of coarse rigid polyuretane foam waste in lightewight aggregate concrete. Research Institute on Civil Engineering and Mechanics, University of Nantes, France [9] FRATERNALI, F., CIANCIA, V., CHECHILE, R., RIZZANO, G., FEO, L., INCARNATO, L.: Experimental study of the thermo-mechanical properties of recycled PET fiber-reinforced concrete. University of Salerno. Italy [10] GADEA, J., RODRÍGUEZ, A., CAMPOS, P. L., GARABITO, J., CALDERÓN, V.: Cement and Concrete Composites. Department of Construction Engineering and Land, University of Burgos, Villadiego s/n, E-09001, Spain. March pp

156 [11] KASTNER, A.: Veb werkstoff prüfmaschinen Leipzig: Bedienungsanleitung. Leipzig 1979, str. 69 [12] MOUNANGA, P., GBONGBON, W., POULLAIN, P., TURCRY, P. Proportioning and characterization of lightweight concrete mixtures made with rigid polyurethane foam wastes. Cement and Concrete Composites, 2008, vol. 30, no. 9, p [13] NABAJYOTI, S., DRITO, J.: Use of plastic waste as aggregate in cement Mortar and concrete preparation: A review. Technical University of Lisbon, Portugal [14] NIKJE, Mir Mohamad Alavi, NIKRAH, M., HAGHSHEMAS, M.: Microwave Assisted split-phase Glycolysis of Polyurethane Flexible Foam Wastes. Polymer Bulletin. 2007, str. 59, s [15] NOVÁKOVÁ Z.: Diplomová práce: Možnosti použití odpadních plastů ve stavebnictví, VŠB TU Ostrava, 1993, 38s. [16] PYTLÍK P.: Technologie betonu. VUT Brno, ISBN [17] PLAČEK, V.: Disertační práce: Ověření racionálního využití ocelárenské atrusky ve stavebnictví. Ostrava s. [18] RODRÍGUES, A., CAMPOS, P. L., GARABITO, J., CALDERÓN, V.: Lightweight Mortar made with recycled polyuretane foam. Cement and Concrete Composites. 2010, pp [19] ŠŤASTNÝ, M., DVORSKÝ, T., DIRNER, V., DAXNER, J.: Plnivo na bázi polyuretanové pěny do lehkých betonů. Recycling 2012: Sborník přednášek 17. ročníku konference s. ISBN [20] SADADINOVIC, J., ILIČKOVIC, Z.: Polyurethane recycling. Kemija u industrii/ Journal of Chemists and Chemical Engineers, 2002, pp [21] SVOBODA, I.: Průvodní dokumentace automatického zařízení KD 20-T4.1, část II. Olomouc 2004, str. 73. [22] ŠTĚPÁNEK, P. A KOLEKTIV: Betonové konstrukce. Prvky betonových konstrukcí, navrhování podle mezních stavů. VUT Brno, ISBN , str

157 [23] VÁCLAVÍK V.: Disertační práce: Racionální využití průmyslového odpadu ve stavebnictví, Ostrava, 2003, 175s. [24] VÁCLAVÍK, V., DAXNER, J.: Aplikace polyuretanových recyklátů v tepelně izolačních omítkových směsích. In Sborník konference RECYCLING 2009, VUT Brno, Brno 2009, ISBN , s [25] VESELÝ, K.: Polymery. ČSPCH pobočka Uniplast Brno, 178s (A5), Ev. Č [26] ZIA, K. M., BHATTI, H. N., AHMAD BHATI, I.: Methods for polyuretane and polyuretane composites, recycling and recovery: A review. Reactive and Functional Polymers. 2007, pp [27] Plasty, [online. ] [cit ]. Dostupné na WWW: [28] Otto Bayer Biografie [online]. [cit ]. Bayer MaterialScience. Dostupné na WWW: [29] PUR Izolace, s.r.o: 20 let PUR-IZOLACE [online]. [cit ]. Dostupné na WWW: [30] 9_Lach.ner [online] [cit ]. Pentan bezpečnostní list. Dostupné z WWW: [31] 15_ISOPA, Europan Diisocyanate & Polyol Producers Association [online] [cit ]. Socio-Economic Information on the European Polayurethanes Industry. Dostupné z WWW: uploads/documents/documents/soc-econ%20final% pdf [32] 10_ISOPA, Europan Diisocyanate & Polyol Producers Association [online] [cit ]. Recycling and Recovering Polyurethanes: Options in practise. Dostupné z WWW: documents/soc-econ%20final% pdf [33] 11_ISOPA, Europan Diisocyanate & Polyol Producers Association [online] [cit ]. The Benefits of Polyurethanes in Transportation. Dostupné z WWW: Transportation.pdf

158 [34] 12_ISOPA, Europan Diisocyanate & Polyol Producers Association [online] [cit ]. Rebonded Flexible Foam. Dostupné z WWW: [35] 32_ISOPA, Europan Diisocyanate & Polyol Producers Association [online] [cit ]. Feedstock Recycling. Dostupné z WWW: [36] 29_The Plastic Portal [online] [cit ]. Co-combustion of building insulation foams with municipal solid waste Summary Report. Dostupné na WWW: aspx?docid-521 [37] 16_ISOPA, Europan Diisocyanate & Polyol Producers Association [online] [cit ]. Densification/Grinding. Dostupné z WWW: [38] Česká asociace pro polyuretan ve stavebnictví. [online]. Dostupné z WWW: [39] Polyuretane Foams. [online]. [cit ]. Dostupné z WWW: pu=1&rd=chemihs [40] Polyurethanes. PU and Low Energy Buildings. [online]. [ ]. Dostupné z WWW: [41] Odpady ze stavebnictví a úpravy krajiny. [online]. Dostupné z WWW: ge.tpl&product_id=122&category_id=9&option=com_virtuemart&itemid=61 [42] ARSM. Asociace pro rozvoj recyklace stavebních materiálů v České republice. Sborník přednášek 16. Ročníku konference RECYCLING 2011 [online] [ ]. ISBN Dostupné na WWW: [43] Limestone. [online]. Dostupné na WWW: q=limestone&hl=cs&client=firefox-a&hs=ls7&rls=org.mozilla:cs:official&prmd= imvns&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=x&ei=foxht_bhn4iw8gpq6ogvd g&ved=0choqsaq&biw=1280&bih=

159 [44] Separen Speciál Odformovací prostředek. Stachema Kolín [online]. Dostupné na WWW: SEPAREN%20SPECIAL.pdf [45] Pozemní stavitelství. [online]. Dostupné na WWW: [46] Cement Hranice. SUPERCEMENT. [online]. Dostupné na WWW: CEMENT.html [47] Cement Hranice. UNICEMENT. [online]. Dostupné na WWW: MENT.html [48] Kotouč Štramberk. Vápenec velmi jemně mletý VMV-15/V. [online] Dostupné na WWW: q=vapenec_ mlety [49] Radwag. Laboratorní váhy WLC 60/C2/R. [online] Dostupné na WWW: [50] Váhy a vážící systémy. Laboratorní váhy KERN [online] Dostupné na WWW: page=product_info&products_ id=868 [51] Filamos. Míchačky s nuceným oběhem řada M. [online] Dostupné na WWW: [52] Brio Hranice. Vibrační vysokofrekvenční stolek VSB 40. [online] Dostupné na WWW: [53] Tempos. Technická měřidla a počítačové systémy/ technika. Zkušební stroje TIRA. [online] Dostupné na WWW:

160 [54] BMT Medical Technology s. r. o.: Produkty pro laboratoře a průmysl. Laboratorní sušárny Venticell. [online] Dostupné na WWW: [55] Centrum experimentální geotechniky. Zrnitostní rozbor. ČVUT v Praze, stavební fakulta. [online] Dostupné na WWW: vyzkum/zkousky/zakladni-popisne-fyzikalni-vlastnosti/zrnitostni-rozbor [56] Profing: konštrukcia a výroba strojov a strojárskych technológií. Výrobný program, drviče plastov. [online] Dostupné na WWW: [57] Ing. Častulík: Technológie spracovania odpadov. Nožové mlýny rad MN. [online] Dostupné na WWW: plastove_flase_folie_drvenie.htm Normy ČSN [58] ČSN EN 1008 ( ): Záměsová voda do betonu Specifikace pro odběr vzorků, zkoušení a posouzení vhodnosti vody, včetně vody získané při recyklaci v betonárně, jako záměsové vody do betonu [59] ČSN :Vápenec - všeobecná ustanovení [60] ČSN : Vápenec, Dolomit - Jakost [61] ČSN : Mleté vápence [62] ČSN : Stanovení mrazuvzdornosti betonu [63] ČSN EN : Zkoušení čerstvého betonu - Část 1: Odběr vzorků [64] ČSN EN ( ): Zkoušení čerstvého betonu - Část 2: Zkouška sednutím [65] ČSN EN ( ): Zkoušení čerstvého betonu - Část 6: Objemová hmotnost [66] ČSN EN ( ): Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 1: Tvar, rozměry a jiné požadavky na zkušební tělesa a formy

161 [67] ČSN EN ( ): Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 2: Výroba a ošetřování zkušebních těles pro zkoušky pevnosti [68] ČSN EN ( ): Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 3: Pevnost v tlaku zkušebních těles [69] ČSN EN ( ): Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 4: Pevnost v tlaku - požadavky na zkušební lisy [70] ČSN EN ( ): Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 5: pevnost v tahu ohybem zkušebních těles [71] ČSN EN ( ): Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 7: Objemová hmotnost ztvrdlého betonu [72] ČSN EN ( ): Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 9: Odolnost proti zmrazování a rozmrazování - odlupování [73] ČSN EN ( ): Metody zkoušení cementu - Část 2: Chemický rozbor cementu [74] ČSN EN ( ): Cement - Část 1: Složení, specifikace a kritéria shody cementů pro obecné použití [75] ČSN EN ( ): Beton - Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda [76] ČSN EN ( ) : Zkoušení všeobecných vlastností kameniva - Část 1: Metody odběru vzorků [77] ČSN EN ( ): Zkoušení geometrických vlastností kameniva - Část 1: Stanovení zrnitosti - Sítový rozbor

162 Příloha č. 1: Seznam základních pojmů k 3. a 4. kapitole Celulóza - polysacharid, přírodní polymer, v jehož molekulách jsou pospojovány molekuly jednoduchého cukru (monosacharidu) glukózy dlouhých řetězců. Depolymerace - chemické reakce, kterými z polymeru vzniká monomer. Destrukce polymeru - chemické reakce, kterými se nežádoucím způsobem mění (destruuje) makromolekulární řetězec, většinou za odštěpování nízkomolekulárních látek. Lehčené hmoty - materiály obsahující dutinky různých velikostí a tvarů, které snižují hustotu původního (nelehčeného) materiálu. Monomer - látka, jejíž molekuly mají schopnost spojovat se za vhodných podmínek v makromolekuly. Plast - polymer, který za běžných podmínek je většinou tvrdý, často křehký, jeho deformace nebývá vratná. Polyadice - stupňovitá chemická reakce, kterou z nízkomolekulárních látek vzniká makromolekulární látka stejného chemického složení, jaké měla výchozí směs. Polykondenzace - stupňovitá chemická reakce, kterou z nízkomolekulárních látek vzniká makromolekulární látka a jako vedlejší produkt jiná nízkomolekulární látka. Polymer - látka s velkými molekulami, které obsahují většinou atomy uhlíku, vodíku a kyslíku, často dusíku, chloru a jiných prvků. V určitém stádiu zpracování se nachází v kapalném stavu, který umožňuje udělit tvar budoucímu výrobku, jenž slouží v prakticky tuhém stavu. Polyurethany - polymery, v jejichž makromolekulárních řetězcích jsou uhlovodíkové bloky spojeny vazbami -NH-CO-O

163 Polyvinylchlorid - první syntetický plast označovaný dnes nejčastěji jen zkratkou PVC. Reaktoplast - plast chemickou reakcí (probíhající často až za zvýšené teploty) nevratně převeditelný z plastického do tuhého stavu. Síťovaný polymer - polymer, jehož makromolekulární řetězce jsou spojeny v prostorovou síť. Syntetický materiál (hmota) - látka v přírodě neexistující, připravená chemicky (chemickou syntézou). Termoplast Umělá hmota - plast teplem vratně uveditelný do plastického a ochlazením zpět do tuhého stavu. - látka připravená umělou činností člověka o stejném chemickém složení, v jakém se nachází v přírodě [5]

164 Příloha č. 2: Stanovení konzistence betonové směsi Měření konzistence čerstvého betonu lze provádět čtyřmi metodami uvedených níže dle [16 a 75]. Čísla u jednotlivých symbolů (S, F, V, C) přibližně charakterizují konzistenci: 0 velmi tuhá, 1 tuhá, 2 plastická, 3 měkká, 4 velmi měkká, 5 tekutá, 6 velmi tekutá. Zkušební metody měření konzistence čerstvého betonu (hodnoty označené* ) se nedoporučuje používat)

165 Příloha č. 3: Sednutí kužele čerstvého betonu s různou třídou konzistence Obr. č. 59: Sednutí kužele Třída S1 Obr. č. 60: Sednutí kužele Třída S2 Obr. č. 61: Sednutí kužele Třída S3 Obr. č. 62: Sednutí kužele Třída S4 Obr. č. 63: Sednutí kužele Třída S

166 Příloha č. 4: Přehled použitých vzorců I. Vodní součinitel (w) (kap ) V w C (1) w vodní součinitel; V hmotnostní poměr vody [kg.m -3 ]; C množství použitého cementu [kg.m -3 ]. II. Číslo nestejnozrnitosti (C u ) (kap. 8.2) Strmost zrnitostní křivky se charakterizuje číslem nestejnozrnnosti C u, které se získá ze vztahu: C u d d (2) C u číslo nestejnozrnnosti (< 5; 5 15; > 5); d 60 průměr zrn příslušející 60 % propadu [mm]; d 10 průměr zrn příslušející 10 % propadu [mm] [55]. III. Číslo křivosti (C c ) (kap. 8.2) C c ( d30 ) ( d d ) (3) C c d 10 d 30 číslo křivosti; průměr zrn příslušející 10 % propadu [mm]; průměr zrn příslušející 30 % propadu [mm]; d 60 průměr zrn příslušející 60 % propadu [mm] [55]

167 IV. Objemová hmotnost čerstvého betonu (kap. 8.5) Dm m m V kg m (4) D m objemová hmotnost čerstvého betonu [kg.m -3 ]; m 1 hmotnost prázdné formy [kg]; m 2 hmotnost naplněné formy [kg]; V objem formy (= 0, m 3 ). V. Krychelná pevnost v tlaku (f c ) (kap. 8.7) f c F A C 2 N mm MPa (5) f c F A c krychelná pevnost v tlaku [N.mm -2 MPa]; maximální zatížení při porušení [N]; průřezová plocha zkušebního tělesa, na kterou působí zatížení v tlaku (tlačná plocha = L x B) [mm 2 ]. VI. Hranolová pevnost v tlaku (f p ) (kap. 8.8) f p F A C 2 N mm MPa (6) f p F A c hranolová pevnost v tlaku [N.mm -2 MPa]; maximální zatížení při porušení [N]; průřezová plocha zkušebního tělesa, na kterou působí zatížení v tlaku

168 (tlačná plocha = B x H) [mm 2 ]. VII. Hranolová pevnost betonu v libovolném stáří (f pt ) (kap. 8.8) f pt f p 28 0,345 logt 0,5 MPa (7) f pt f p28 T hranolová pevnost betonu v libovolném stáří [MPa]; hranolová pevnost betonu po 28 dnech [MPa]; stáří betonu [dny]. VIII. Hranolová pevnost v tlaku (f p ) v závislosti na krychelné pevnosti v tlaku (f c ) (kap. 8.8) a) Skramtajevuv vzorec: f p 0,7 f c MPa (8) f p hranolová pevnost [MPa]; f c krychelná pevnost [MPa]. b) Grozděvuv vzorec: f p 130 fc 145 3f c f c MPa (9) f p hranolová pevnost [MPa]; f c krychelná pevnost [MPa]

169 IX. Pevnost v tahu za ohybu (f cf ) (kap. 8.9) f cf F l d d MPa (10) f cf pevnost v tahu ohybem [MPa N.mm -2 ]; F maximální síla [N]; d vzdálenost mezi podpěrou a silou [mm]; d 1,d 2 rozměry příčného řezu tělesa [mm], (viz. obr. č. 54). X. Pevnost v tlaku na koncích trámců (f 1,2 ) (kap. 8.9) f F 2 N mm (11) 1,2 MPa AC f 1,2 F A c pevnost v tlaku na koncích trámců [N.mm -2 MPa]; maximální zatížení při porušení [N]; průřezová plocha zkušebního tělesa, na kterou působí zatížení v tlaku (tlačná plocha = 100x100mm) [mm 2 ]. XI. Objemová hmotnost (ρ) m V 3 kg m (12) ρ objemová hmotnost [kg.m -3 ]; m hmotnost zkušebního tělesa [kg]; V objem zkušebního tělesa (LxBxH) [m 3 ]

170 Zvláštní poděkování Touto cestou bych chtěl poděkovat firmám, které mně vyšly vstříc ohledně mého experimentálního výzkumu, poskytnutým zázemím a materiálem, technickým zařízením, časovou flexibilitou a ochotou vypomáhat při obsluze složitějších zařízení. První dík patří firmě D&Daxner Technology s. r. o., která mně poskytla během celé doby mého experimentálního výzkumu zázemí společně s materiálem a technologickým zařízením nezbytným pro výrobu vylehčených betonových zkušebních těles. Velké díky patří panu Jaromíru Daxnerovi, který mně ve firmě D&Daxner technology s. r. o. vycházel vstříc v mých požadavcích a zároveň odborně konzultoval mé postupy a získané průběžné výsledky. Druhý velký dík patří firmě Technický zkušební ústav stavební Praha, s. p. (TZÚS) s pobočkou v Ostravě, která mně poskytla prostory pro uložení zkušebních těles a zároveň mně bylo umožněno provádět zkoušky na mrazících zařízeních, zkušebních lisech a trhacích strojích pro zjišťování fyzikálně-mechanických vlastnosti betonu. Chtěl bych poděkovat panu Ing. Vladimíru Plačkovi, Ph.D., který mně umožnil docházet na firmu TZÚS s pobočkou v Ostravě a zároveň se mnou průběžně konzultoval postupy jednotlivých zkoušek, i získané výsledky. Dále bych chtěl poděkovat pracovníkům firmy TZÚS panu Ivo Rajnoškovi a panu Radku Valovému, kteří mně vždy ochotně pomohli s obsluhou zkušebních strojů, vycházeli mně vstříc v mých požadavcích a dohlíželi na správnost technologického postupu u experimentálních zkoušek. Ještě jednou všem moc děkuji. Ing. Martin Šťastný