Vysokopevnostní betony s příměsmi tepelně aktivovaných kaolínů

Transkript

1 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Studentská vědecká a odborná činnost Akademický rok 2005/2006 Vysokopevnostní betony s příměsmi tepelně aktivovaných kaolínů Jméno a příjmení studenta: Jan Hurta Ročník, obor: 5. ročník, Stavební hmoty a diagnostika staveb Vedoucí práce: Ing. Martin Vavro, Ph.D. Katedra: Katedra stavebních hmot a hornického stavitelství

2 Studentská vdecká odborná innost 2006 VŠB Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební Ludvíka Podéšt 1875, Ostrava-Poruba VYSOKOPEVNOSTNÍ BETONY S PÍMSMI TEPELN AKTIVOVANÝCH KAOLÍN ešitel: Vedoucí práce: Jan Hurta VŠB TU Ostrava, Fakulta stavební Ing. Martin Vavro, Ph.D. VŠB TU Ostrava, Fakulta stavební, Katedra stavebních hmot a hornického stavitelství Anotace Vysokopevnostní betony (dále jen HSC High Strenght concrete) pedstavují jednu ze skupin tzv. vysokohodnotných beton (HPC High Performance concrete). Základní charakteristikou HSC je pevnost v tlaku, která je vyšší než 65 MPa. První HSC byly ve svt použity v 70. letech 20. století, jejich intenzivní vdecký a laboratorní výzkum je však zahájen zejména na pelomu 80. a 90. let minulého století. V souasné dob našly HSC své použití zejména ve stavebnictví v USA, Japonsku a nkterých zemích západní Evropy (Nmecko, Norsko, Francie). Vysokopevnostní betony se vyznaují zejména vysokou hutností cementového tmele, což, spolu s nízkými hodnotami vodního souinitele, vede k dosažení vysokých pevností ztvrdlého betonu. Vysoká hutnost betonu se zárove pízniv projeví ve vysoké kvalit jeho trvanlivostních vlastností. Další výraznou pedností vysokopevnostních beton je možnost zmenšení prez nosných prvk a tím pádem snížení celkového množství betonu použitého v konstrukci. Aplikace vysokopevnostních beton tak pispívá ke snížení celkových náklad na výstavbu a vede k úspoe vstupních surovin cementu a zejména kameniva. Ve složení v souasnosti vyrábných vysokopevnostních beton mají své, prakticky nezastupitelné, místo jemné kemiité látky na bázi amorfního oxidu kemiitého, bžn oznaované jako kemiité úlety nebo mikrosilika. Mikrosilika však nebyla a ani dnes není na území eské republiky prmyslov vyrábna. Proto byla pozornost zamena na použití jiných anorganických látek s pucolánovými vlastnostmi, konkrétn na tepeln aktivované kaolíny (metakaolíny). Metakaolíny nejsou prozatím eskými výrobci komern produkovány a nabízeny na trhu. Jejich výroba v provozních podmínkách je však v souasnosti ešena temi tradiními eskými producenty silikátových surovin a hmot eskými lupkovými závody, a.s. Nové Strašecí, Sedleckým kaolínem, a.s. Božíany a také firmou Keramost, a.s., výrobní závod Kada. Hlavním cílem této práce SVO proto bylo ovit vliv pímsí metakaolín ady Mefisto (a zejména typu ) z produkce eských lupkových závod, a.s. na pevnostní a trvanlivostní vlastnosti navržených vysokopevnostních beton. Zárove byl srovnán vliv tchto metakaolín s úinky mikrosiliky, jako v souasnosti nejpoužívanjší silikátové pímsi do vysokopevnostních beton a ásten také s úinky zavedeného britského metakaolínu MetaStar 501 firmy Imerys. Dosažené laboratorní výsledky ukazují, že pímsi testovaných metakaolín Mefisto se prakticky vyrovnají úinkm mikrosiliky. Je dosahováno tém identických hodnot pevností v tlaku (až okolo 130MPa), v pípad odolnosti povrchu betonu proti vlivu CHRL vykazují nkteré receptury s metakaolínem dokonce vyšší odolnost.

3 Studentská vdecká odborná innost 2006 VŠB Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební Ludvíka Podéšt 1875, Ostrava-Poruba HIGH-STRENGTH CONCRETE WITH ADMIXTURES OF THERMALLY ACTIVATED KAOLINS Annotation High-strength concrete (further as HSC) represents one of groups of so called high-performance concrete (HPC). The basic characteristic of HSC is compression strength, which is higher than 65 MPa. The first HSC in the world were used in 1970s, however their intensive scientific and laboratory research began mainly in the turn of the 1980s and 1990s. Nowadays HSC have found their utilization particularly in the construction field in the USA, Japan and some countries of Western Europe (Germany, Norway, and France). High-strength concrete is characterized mainly by high density of mastic cement, which together with low values of water-cement ratio leads to acquisition of high strength of hardened concrete. High density of concrete will prove positively in high quality of its durability properties. Another interesting strong point of HSC is a possibility to make the section of bearing elements smaller and thus to reduce the total amount of concrete used in the construction. Application of high-strength concrete thus contributes to decrease of total costs of building and leads to savings on input materials cement and aggregates in particular. In composition of currently prepared HPC there are fine silicic matters on the base of amorphous silicon dioxide, which have a non-substitutable position. They are widely named as cilicic fly losses or microsilica. However, microsilica have never been manufactured in the Czech Republic. Thus the attention was given to use of other inorganic matters with pozzolanic properties, thermally activated kaolins (metakaolins) specifically. Metakaolins have not been commercially produced by Czech producers so far and offered on the market. Their production in provisional conditions is nowadays provided by three traditional Czech producers of silicate materials eské lupkové závody, a.s. Nové Strašecí, Sedlecký kaolín, a.s. Božíany and by Keramost, a.s., a production plant in Kada. The main objective of my work was to verify the impact of metakaolin admixtures of Mefisto series (Type in particular) produced by eské lupkové závody, a.s. on strength and durability properties of designed high-strength concrete. At the same time we compared impact of the metakolins with the effects of microsilica as the most frequently used silicate admixture for HSC nowadays and at the same time with the effects of well-established British metakaolin MetaStar 501 by Imerys. Acquired laboratory results show that admixtures of tested Mefisto metakaolins can equal the effects of microsilica. Almost identical values of compression strength were achieved (up to 130 MPa); in case of durability of surface resistance of concrete to chlorine some formulations with metakaolin prove even higher resistance.

4 Obsah 1. Úvod a cíl práce Výsledky prováděných zkoušek a měření Stanovení pevnosti v prostém tlaku Stanovení pevnosti v tahu ohybem Stanovení pevnosti v tlaku na koncích trámců Stanovení pevnosti v příčném tahu Stanovení odolnosti povrchu betonu proti působení CHRL Stanovení modulů pružnosti Závěr

5 1. Úvod a cíl práce Cementový beton představuje ve většině zemí nejrozšířenější stavební materiál. Jednou ze zásadních otázek současné technologie betonu je vývoj a aplikace betonů s vysokou užitnou hodnotou. Snaha po dosažení vysokých užitných vlastností betonů se postupně projevuje zejména ve vyspělých státech, kde našla své praktické vyjádření ve vzniku skupiny vysokohodnotných (HPC) a vysokopevnostních (HSC) betonů. Výroba vysokohodnotných a vysokopevnostních betonů je spojena především s nízkým vodním součinitelem a s použitím křemičitých úletů. Betony s těmito znaky se vyznačují zejména vysokou hutností cementového tmele (a následně cementového kamene), což vede k dosažení vysokých pevností ztvrdlého betonu a ke zlepšení jeho trvanlivostních vlastností. Další výraznou předností vysokopevnostních betonů je možnost zmenšení průřezů nosných prvků a tím pádem snížení celkového množství betonu použitého v konstrukci. Aplikace vysokohodnotných a vysokopevnostních betonů tak vede, i přes jejich vyšší vstupní kubíkovou cenu, ke snížení celkových nákladů na výstavbu. Výsledkem možného zmenšení průřezů nosných prvků vyrobených z vysokopevnostního betonu, a s tím souvisejícím celkovým snížením hmotnosti použitého betonu, je navíc úspora vstupních surovin cementu a zejména kameniva. Tento fakt nabývá v současnosti na stále větším významu, neboť například životnost bilančních prozkoumaných volných zásob ložisek přírodního drceného a těženého kameniva v České republice je odhadována na maximálně 120 let. Použité příměsi ve vysokopevnostních betonech jsou v současnosti představovány výhradně mikrosilikou, která však nebyla a ani dnes není na území České republiky průmyslově vyráběna. Navíc v současnosti vzniká celkový nedostatek kvalitní zahraniční mikrosiliky na českém trhu stavebních hmot. V této souvislosti se jako velmi perspektivní jeví možnost aplikace jiných anorganických látek s pucolánovými vlastnostmi, které by byly schopny ve vysokohodnotných a vysokopevnostních betonech nahradit dosud používané křemičité úlety. V rámci této předkládané práce byla pozornost zaměřena na tepelně aktivované (kalcinované) kaolíny a kaolinitem bohaté jílovité horniny (lupky). Tyto práškovité látky, běžně označované jako metakaolíny, nejsou prozatím českými výrobci komerčně produkovány a nabízeny na trhu. Jejich výroba v provozních podmínkách je však v současnosti řešena třemi tradičními českými producenty silikátových surovin a hmot - 2 -

6 Českými lupkovými závody, a.s. Nové Strašecí, Sedleckým kaolínem, a.s. Božíčany a také firmou Keramost, a.s., výrobní závod Kadaň. S použitím tepelně upravených kaolínů a lupků nejsou ovšem prozatím v České republice zásadní praktické zkušenosti. Hlavním cílem této práce proto bylo ověřit vliv příměsí metakaolínů a metalupku řady Mefisto (a zejména typu ) z produkce Českých lupkových závodů, a.s. na pevnostní a trvanlivostní vlastnosti navržených vysokopevnostních betonů. Testování jednotlivých připravených záměsí bylo rozděleno do celkem tří, časově i obsahově navazujících, fází laboratorního studia. V první fázi byly připraveny čtyři záměsi, označené jako A1 A4. Cílem této fáze laboratorního studia bylo ověřit zejména konzistenci navrženého referenčního betonu (A1) a modifikovaných receptur s obsahem 10% metakaolínu nebo mikrosiliky (A2 A4) a získat také prvotní informace o pevnostech studovaných betonů. Ve druhé fázi studia bylo připraveno celkem 11 záměsí, označených jako B1 B10 a dále záměs s označením B5*. V této fázi studia bylo podstatně rozšířeno spektrum použitých příměsí, testovány byly všechny metakaolíny Mefisto z produkce ČLUZ, a.s. a rovněž britský metakaolín MetaStar 501. Oproti první fázi studia bylo mírně upraveno složení záměsí, a to zejména vzhledem k množství vody a použitého superplastifikátoru. Sledovanými parametry byla konzistence čerstvého betonu a pevnost ztvrdlého betonu v prostém tlaku po 28 dnech. Pro závěrečnou, třetí fázi laboratorního testování se připravilo původně osm záměsí s označením C1. Jako příměsi byly použity dva druhy mikrosiliky (v suspenzi a v prášku) a metakaolín, který byl, na základě výsledků druhé fáze laboratorního testování, vybrán jako nejperspektivnější metakaolín ČLUZ, a.s. Je potřeba zdůraznit, že pro první, druhou i třetí fázi laboratorních zkoušek byl použit metakaolín pocházející vždy z jiného provozního pokusu ČLUZ, a.s. Uvedené, jednotlivé, vzorky metakaolínu se lišily zejména režimem provozního mletí a třídění (a tím pádem také velikostí průměrného zrna a celkovou granulometrií), režim výpalu byl ve všech případech v podstatě totožný. Proto byla (pro účely srovnání) v této třetí fázi studia dodatečně připravena a testována ještě receptura *, s obsahem 10% metakaolínu ze srpna Všechny připravené záměsi byly ve třetí fázi zkoušek testovány na pevnost v prostém tlaku po 1, 3, 7, 28 a 90 dnech, dále na pevnost v tahu ohybem a na pevnost v příčném tahu. U vybraných záměsí byla sledována navíc odolnost proti působení vody a chemických rozmrazovacích látek a byl zjišťován modul pružnosti, a to jak destruktivními, tak nedestruktivními metodami měření

7 2. Výsledky prováděných zkoušek a měření Následující kapitola představuje stěžejní část této práce. Jsou v ní uvedeny výsledky zkoušek fyzikálních, mechanických a trvanlivostních vlastností ztvrdlého betonu u jednotlivých navržených záměsí C1, testovaných ve třetí, závěrečné fázi laboratorních zkoušek. Laboratorní testování bylo prováděno v období od června 2005 do března Vzhledem k velkému množství výsledků je tato část práce převážně ve formě tabulek s výsledky jednotlivých prováděných zkoušek (viz Tab.1. Tab.26.). Zkušební tělesa pro zkoušení jednotlivých vlastností ztvrdlého betonu byla vyrobena ve tvaru krychle o rozměrech 150x150x150 mm a hranolu o rozměrech 100x100x400 mm. Zkoušky ztvrdlého betonu byly prováděny v Laboratoři stavebních hmot FAST VŠB-TU Ostrava na zařízeních firmy BetonSystem, s.r.o. Brno. Stanovení modulu pružnosti ztvrdlého betonu byla provedena v laboratořích Ústavu stavebního zkušebnictví FAST VUT v Brně. Na jednotlivých zkušebních tělesech všech připravených záměsí byla sledována objemová hmotnost ztvrdlého betonu. Objemová hmotnost byla stanovena v souladu s ČSN EN v kg.m 3. Hodnoty průměrných objemových hmotností se u jednotlivých záměsí téměř neliší a pohybují se v intervalu kg.m Stanovení pevnosti v prostém tlaku Metodu pro stanovení pevnosti v tlaku zkušebních těles ztvrdlého betonu uvádí evropská norma ČSN EN Výsledky jsou uvedeny v Tab. 1. Tab.5. Tab. 1. Stanovení pevnosti v prostém tlaku u záměsí C1 po 1 dni C1 C2 C4 Rozměry Plocha A c [mm 2 ] f c C1/1 149,52 149, ,17 40,5 C1/2 0 % 149,56 148, ,99 41,5 C1/3 149,52 149, ,36 41,0 C2/1 149,74 149, ,43 43,0 5 % mikrosiliky C2/2 149,74 149, ,62 46,5 C2/3 149,73 150, ,17 45,0 /1 149,67 149, ,12 52,0 10 % mikrosiliky /2 149,61 151, ,39 51,5 /3 149,59 147, ,35 52,0 C4/1 150,01 149, ,54 40,5 C4/2 149,86 149, ,01 42,5 C4/3 150,71 149, ,08 42,0 Ø f c 41,0 44,8 51,8 41,7-4 -

8 Tab pokračování C6 * Rozměry Plocha A c [mm 2 ] f c /1 149,89 149, ,68 43,5 /2 149,82 149, ,07 45,5 /3 149,61 149, ,53 44,5 C6/1 5% metakaolínu 149,57 150, ,03 33,0 C6/2 149,59 148, ,88 32,5 C6/3 (listopad 2005) 149,59 150, ,28 33,5 /1 10% metakaolínu 149,54 149, ,36 43,5 /2 149,54 148, ,75 44,0 /3 (listopad 2005) 149,65 150, ,40 44,0 */1 10% metakaolínu 149,57 149, ,49 40,5 */2 149,79 149, ,49 39,0 */3 (srpen 2005) 148,44 149, ,02 41,5 /1 5% metakaolínu 149,57 148, ,40 39,5 /2 (listopad 2005) a 5% 149,71 149, ,96 39,0 /3 mikrosiliky EMSAC 149,53 148, ,42 38,0 Ø f c 44,5 33,0 43,8 40,3 38,8 Tab. 2. Stanovení pevnosti v prostém tlaku u záměsí C1 po 3 dnech Rozměry Plocha A c [mm 2 ] f c C1 C1/4 0 % 151,39 149, ,35 80,0 C2 C2/4 /4 C4 C4/4 /4 C6 C6/4 /4 * */4 /4 5% metakaolínu (listopad 2005) 10% metakaolínu (listopad 2005) 10% metakaolínu (srpen 2005) 5% metakaolínu (listopad 2005) a 5% mikrosiliky EMSAC 150,78 149, ,46 82,0 149,74 149, ,32 88,5 149,94 149, ,36 83,0 149,44 149, ,65 84,5 150,22 150, ,51 72,5 150,21 149, ,16 82,5 149,70 149, ,46 81,0 148,57 149, ,19 86,5-5 -

9 Tab. 3. Stanovení pevnosti v prostém tlaku u záměsí C1 po 7 dnech Rozměry Plocha A c [mm 2 ] f c C1 C1/5 0 % 148,31 149, ,66 90,0 C2 C2/5 /5 C4 C4/5 /5 C6 C6/5 /5 * */5 /5 5% metakaolínu (listopad 2005) 10% metakaolínu (listopad 2005) 10% metakaolínu (srpen 2005) 5% metakaolínu (listopad 2005) a 5% mikrosiliky EMSAC 148,21 149, ,81 97,0 149,73 149, ,16 106,5 149,40 149, ,55 92,0 149,63 149, ,02 101,5 149,51 149, ,33 90,0 148,41 149, ,93 98,5 149,70 149, ,09 101,0 149,09 149, ,58 99,5 Tab. 4. Stanovení pevnosti v prostém tlaku u záměsí C1 po 28 dnech C1 C2 C4 C6 Rozměry Plocha A c [mm 2 ] f c C1/6 150,84 150, ,90 105,5 C1/7 0 % 149,66 151, ,84 98,5 C1/8 149,77 150, ,93 95,0 C2/6 150,63 151, ,11 124,0 C2/7 149,07 150, ,52 106,0 C2/8 149,23 150, ,94 126,5 /6 150,76 151, ,79 139,0 /7 148,29 150, ,37 134,5 /8 150,67 150, ,98 132,0 C4/6 150,98 150, ,95 109,0 C4/7 149,42 151, ,66 108,5 C4/8 149,42 150, ,08 112,0 /6 149,50 151, ,93 126,5 /7 150,00 151, ,22 130,0 /8 150,61 151, ,02 125,5 C6/6 5% metakaolínu 149,54 150, ,02 103,0 C6/7 150,38 149, ,70 97,5 C6/8 (listopad 2005) 149,00 150, ,41 110,5 Ø f c 99,7 118,8 135,2 109,8 127,3 103,7-6 -

10 Tab. 4. pokračování * Rozměry Plocha A c [mm 2 ] f c /6 10% metakaolínu 149,19 150, ,24 111,5 /7 149,55 149, ,05 110,5 /8 (listopad 2005) 150,03 150, ,73 112,5 */6 10% metakaolínu 150,15 150, ,01 117,0 */7 150,09 150, ,93 118,0 */8 (srpen 2005) 150,31 149, ,45 125,5 /6 5% metakaolínu 148,65 150, ,53 122,5 /7 (listopad 2005) a 5% 149,31 150, ,64 123,0 /8 mikrosiliky EMSAC 149,77 150, ,05 125,0 Ø f c 111,5 120,2 123,5 Tab. 5. Stanovení pevnosti v prostém tlaku u záměsí C1 po 90 dnech C1 C2 C4 C6 Rozměry Plocha A c [mm 2 ] f c C1/9 150,85 148, ,07 108,0 C1/10 0 % 150,86 148, ,99 117,0 C1/11 150,67 148, ,70 110,5 C2/9 150,53 151, ,14 125,5 C2/10 150,63 149, ,81 131,0 C2/11 150,93 150, ,60 120,0 /9 150,89 148, ,73 150,5 /10 150,95 147, ,12 120,5 /11 149,11 150, ,29 145,0 C4/9 150,87 150, ,11 110,5 C4/10 151,25 149, ,78 109,5 C4/11 150,36 149, ,08 120,0 /9 150,11 150, ,25 132,5 /10 151,17 150, ,81 128,5 /11 151,05 150, ,35 136,0 C6/9 5% metakaolínu 150,58 148, ,13 123,0 C6/10 151,09 148, ,45 117,0 C6/11 (listopad 2005) 150,95 149, ,48 117,0 /9 10% metakaolínu 150,74 149, ,12 126,5 /10 151,07 149, ,27 128,0 /11 (listopad 2005) 151,04 148, ,91 118,5 /9 5% metakaolínu 150,53 150, ,23 122,5 /10 (listopad 2005) a 5% 151,05 149, ,60 125,5 /11 mikrosiliky EMSAC 151,00 150, ,71 127,5 Ø f c 111,8 125,5 138,7 113,3 132,3 119,0 124,3 125,2-7 -

11 Pevnost 150,0 140,0 130,0 120,0 110,0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 C1 C2 C4 C6 * Pevnost po 1 dni Pevnost po 3 dnech Pevnost po 7 dnech Pevnost po 28 dnech Pevnost po 90 dnech Obr. 1. Nárůst pevnosti v prostém tlaku u záměsí C Pevnost C1 výchozí receptura (0 % příměsi) Stáří betonu [dny] C2 5 % mikrosiliky C4 C6 5% metakaolínu (listopad 2005) 10% metakaolínu (listopad 2005) * 10% metakaolínu (srpen 2005) 5% metakaolínu (listopad 2005) a 5 % mikrosiliky Obr. 2. Křivky nárůstu pevnosti v prostém tlaku u záměsí C1-8 -

12 2.2. Stanovení pevnosti v tahu ohybem Pro stanovení pevnosti v tahu ohybem ztvrdlého betonu byla využita ustanovení evropské normy ČSN EN Zkouška byla provedena v tzv. čtyřbodovém uspořádání, zatěžování bylo vyvoláno dvojicí válečků umístěných ve třetinách rozpětí zkušebního tělesa. Výsledky jsou uvedeny v Tab Tab. 6. Stanovení pevnosti v tahu ohybem u záměsí C1 po 1 dni Množství příměsi Hmotnost [kg] Šířka d 1 Výška d 2 Pevnost v tahu ohybem f cf Ø f cf C1 C2 C4 C6 * C1/T1 10,373 99,42 100,28 5,8 1,7 C1/T2 0 % 10,531 99,95 100,24 5,8 1,7 C1/T3 10,467 99,23 99,89 6,0 1,8 C2/T1 10,422 99,38 100,02 6,2 1,9 C2/T2 EMSAC ,387 99,23 99,98 6,0 1,8 C2/T3 DOZ 10,460 99,93 99,96 6,1 1,8 /T1 10, ,68 100,15 12,0 3,6 /T2 EMSAC , ,35 100,29 11,2 3,3 /T3 DOZ 10,386 99,78 100,52 12,5 3,7 C4/T1 10, ,11 100,69 5,0 1,5 C4/T2 10, ,47 100,03 5,3 1,6 C4/T3 10,528 99,85 99,90 6,0 1,8 /T1 10, ,29 100,14 15,5 4,6 /T2 10, ,52 99,95 13,5 4,0 /T3 10, ,76 99,92 15,7 4,7 C6/T1 5% metakaolínu 10,392 99,6 100,08 5,2 1,6 C6/T2 10,363 99,85 100,22 5,6 1,7 C6/T3 (listopad 2005) 10, ,16 100,46 5,5 1,6 /T1 10% 10, ,32 100,51 5,7 1,7 /T2 metakaolínu 10,419 99,46 99,46 6,5 2,0 /T3 (listopad 2005) 10, ,19 99,78 6,2 1,9 */T1 10% 10, ,09 100,11 8,5 2,5 */T2 metakaolínu 10, ,02 100,37 8,6 2,6 */T3 (srpen 2005) 10, ,27 100,19 8,9 2,7 /T1 5% metakaolínu 10,381 99,54 100,13 5,9 1,8 /T2 (listopad 2005) a 10,454 99,66 100,11 7,0 2,1 /T3 EMSAC 500 DOZ 10, ,06 100,18 6,4 1,9 1,73 1,83 3,53 1,63 4,43 1,63 1,87 2,60 1,93-9 -

13 Tab. 7. Stanovení pevnosti v tahu ohybem u záměsí C1 po 28 dnech Množství příměsi Hmotnost [kg] Šířka d 1 Výška d 2 Pevnost v tahu ohybem f cf Ø f cf C1 C2 C4 C6 * C1/T4 10,405 97,10 100,09 35,5 10,9 C1/T5 0 % 10,421 99,77 100,09 36,5 11,2 C1/T6 10,443 97,25 100,64 34,5 10,5 C2/T4 10,439 99,55 100,18 44,0 13,2 C2/T5 EMSAC ,374 99,41 100,21 43,0 12,9 C2/T6 DOZ 10, ,70 100,15 43,5 12,9 /T4 10, ,73 100,16 43,0 12,8 /T5 EMSAC ,377 98,82 100,09 45,0 13,6 /T6 DOZ 10, ,20 100,15 45,0 13,4 C4/T4 10, ,82 100,25 43,0 12,7 C4/T5 10,448 99,69 100,19 40,0 12,0 C4/T6 10, ,32 100,20 41,0 12,2 /T4 10,495 99,47 100,49 47,5 14,2 /T5 10, ,17 100,27 42,0 12,5 /T6 10,477 99,39 100,30 42,0 12,6 C6/T4 5% metakaolínu 10, ,07 100,16 43,5 13,0 C6/T5 10, ,65 100,08 38,0 11,3 C6/T6 (listopad 2005) 10, ,31 100,25 41,5 12,3 /T4 10% 10, ,21 100,16 42,5 12,7 metakaolínu /T5 10,429 99,76 99,92 39,0 11,7 /T6 (listopad 2005) 10,340 99,63 99,90 42,0 12,7 */T4 10% 10,609 99,51 100,21 47,5 14,3 metakaolínu */T5 10, ,50 100,05 46,0 13,7 */T6 (srpen 2005) 10, ,55 100,10 43,0 12,8 /T4 5% metakaolínu 10,487 99,17 100,12 47,2 14,2 /T5 (listopad 2005) a 10,450 99,78 100,16 42,0 12,6 /T6 EMSAC 500 DOZ 10,449 99,88 100,24 45,5 13,6 10,87 13,00 13,27 12,30 13,10 12,20 12,37 13,60 13,

14 Tab. 8. Stanovení pevnosti v tahu ohybem u záměsí C1 po 90 dnech Množství příměsi Hmotnost [kg] Šířka d 1 Výška d 2 Pevnost v tahu ohybem f cf Ø f cf C1 C2 C4 C6 C1/T7 10,267 98,01 100,23 39,0 11,9 C1/T8 0 % 10,415 99,11 99,90 38,0 11,5 C1/T9 10,499 99,15 100,25 36,5 11,0 C2/T7 10, ,07 99,93 46,0 13,8 C2/T8 EMSAC ,343 99,83 100,20 41,5 12,4 C2/T9 DOZ 10,350 99,75 100,19 46,3 13,9 /T7 10,341 99,08 99,73 44,0 13,4 /T8 EMSAC ,315 99,83 99,78 41,7 12,8 /T9 DOZ 10,354 98,99 99,88 45,0 13,7 C4/T7 10,400 98,19 100,04 42,5 13,0 C4/T8 10,342 98,45 98,76 38,1 12,0 C4/T9 10,334 99,95 98,90 38,4 12,0 /T7 10, ,03 100,10 47,0 14,1 /T8 10,362 98,43 99,97 44,5 13,6 /T9 10,315 98,13 99,25 46,5 14,4 C6/T7 5% metakaolínu 10,324 98,01 99,82 45,5 14,0 C6/T8 10,377 99,58 99,33 43,5 13,3 C6/T9 (listopad 2005) 10,322 99,75 99,83 43,5 13,3 /T7 10% 10, ,58 100,15 43,5 13,1 /T8 metakaolínu 10, ,61 100,20 38,8 11,8 /T9 (listopad 2005) 10,501 99,01 99,90 38,3 12,0 /T7 5% metakaolínu 10, ,59 100,17 47,5 14,1 /T8 (listopad 2005) a 10,509 99,62 99,99 41,5 12,5 /T9 EMSAC 500 DOZ 10, ,44 100,11 46,5 13,9 11,47 13,37 13,30 12,33 14,03 13,53 12,30 13,

15 15,00 14,00 13,00 12,00 11,00 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 C1 C2 C4 C6 * Ohybová pevnost v Pevnost v tahu za ohybu po 1 dni Pevnost v tahu za ohybu po 28 dnech Pevnost v tahu za ohybu po 90 dnech Obr. 3. Nárůst pevnosti v tahu ohybem u záměsí C Stanovení pevnosti v tlaku na koncích trámců Pevnost v tlaku na koncích trámců byla zkoušena na tělesech vzniklých z trámců 100 x 100 x 400 mm po provedení zkoušky pevnosti v tahu ohybem. Postup stanovení je shodný se stanovením pevnosti v prostém tlaku na krychelných vzorcích podle ČSN EN Na Obr. 4. je uvedeno srovnání krychelné pevnosti s pevností na koncích trámců. Pevnost C1 C2 C4 C6 * Pevnosti krychelné 1 denní Pevnosti krychelné 28 denní Pevnosti krychelné 90 denní Pevnosti na kocích trámců 1 denní Pevnosti na koncích trámců 28 denní Pevnosti na koncích trámců 90 denní Obr. 4. Srovnání krychelných pevností s pevností na koncích trámců

16 2.4. Stanovení pevnosti v příčném tahu Pro stanovení pevnosti v příčném tahu byl použit postup podle ustanovení evropské normy ČSN EN Výsledky uvádí Tab. 9. Tab. 9. Stanovení pevnosti v příčném tahu u záměsí C1 po 28 dnech Záměs C1 C2 C4 C6 * Vzorek Hmotnost [kg] Pevnost v příčném tahu f t C1/12 8, ,28 5,55 C1/13 0 % 8, ,16 5,30 C1/14 8, ,64 5,85 C2/12 8, ,89 5,55 C2/13 8, ,42 5,50 C2/14 8, ,00 5,75 /12 8, ,07 6,50 /13 8, ,64 6,45 /14 8, ,11 6,80 C4/12 8, ,53 5,15 C4/13 8, ,70 6,20 C4/14 8, ,99 5,30 /12 8, ,01 6,25 /13 8, ,13 6,40 /14 8, ,92 6,20 C6/12 5% metakaolínu 8, ,18 5,35 C6/13 8, ,69 5,75 C6/14 (listopad 2005) 8, ,30 5,90 /12 10% metakaolínu 8, ,92 5,35 /13 8, ,57 5,95 /14 (listopad 2005) 8, ,89 6,15 */12 10% metakaolínu 8, ,14 6,30 */13 8, ,18 6,50 */14 (srpen 2005) 8, ,46 6,40 /12 5% metakaolínu 8, ,36 6,40 /13 (listopad 2005) a 8, ,78 5,80 /14 8, ,14 5,60 Ø f t 5,56 5,60 6,58 5,56 6,28 5,67 5,82 6,40 5,

17 2.5. Stanovení odolnosti povrchu betonu proti působení CHRL Stanovení odolnosti povrchu betonu proti působení chemických rozmrazovacích látek (CHRL) bylo provedeno podle ustanovení české technické normy ČSN Výsledky jsou prezentovány v Tab Tab. 10. Srovnání hmotností před a po zkoušce odolnosti povrchu proti CHRL C1 C2 Hmotnost před zkouškou [kg] Hmotnost po zkoušce [kg] Rozdíl hmotnosti v [g] C1/15 8,7220 8,7205 1,5 C1/16 0 % 8,7340 8,7335 0,5 C1/17 8,7735 8,7720 1,5 C2/15 8,6855 8,6845 1,0 C2/16 8,7140 8,7130 1,0 C2/17 8,7275 8,7265 1,0 /15 8,6565 8,6520 4,5 /16 8,6085 8,6015 7,0 /17 8,6010 8, ,5 /15 8,7245 8,7235 1,0 /16 8,6780 8,6770 1,0 ELKEM 940 u /17 8,7400 8,7390 1,0 /15 10% metakaolínu 8,7215 8,7195 2,0 /16 8,8450 8, /17 (listopad 2005) 8,6835 8,6800 3,5 /15 5% metakaolínu (listopad 8,6635 8,6570 6,5 / ) + 5% 8,6730 8,6665 6,5 mikrosiliky EMSAC /17 8,7250 8,7170 8,0 Tab. 11. Odolnost povrchu betonu proti CHRL C1 C2 po 25 cyklech [g] po 50 cyklech [g] po 75 cyklech [g] po 100 cyklech [g] celkem [g] na jednotku plochy [g. m -2 ] C1/15 0,7 0,6 0,6 0,8 2,7 106 C1/16 0 % 1,5 1,1 1,0 1,1 4,7 184 C1/17 1,8 0,9 0,6 0,8 4,1 161 C2/15 0,1 0,1 0,2 0,3 0,7 27 C2/16 0,2 0,2 0,3 0,4 1,1 43 C2/17 0,2 0,2 0,2 0,3 0,9 35 /15 1,7 0,8 0,8 0,7 4,0 157 /16 2,5 0,8 0,9 0,8 5,0 196 /17 2,9 1,3 1,9 1,1 7,2 282 Ø odpad na jednotku plochy [g.m -2 ]

18 Tab. 11. pokračování po 25 cyklech [g] po 50 cyklech [g] po 75 cyklech [g] po 100 cyklech [g] celkem [g] na jednotku plochy [g. m -2 ] /15 0,2 0,1 0,1 0,1 0,5 20 /16 0,2 0,3 0,2 0,1 0,8 31 /17 0,2 0,1 0,1 0,1 0,5 20 /15 10% metakaolínu 0,3 0,1 0,2 0,2 0,8 31 /16 0,8 0,3 0,3 0,1 1,5 59 /17 (listopad 2005) 0,6 0,4 0,3 0,4 1,7 67 /15 5% metakaolínu (listopad 1,7 0,5 0,4 0, / ) a 5% 1,8 0,7 0,4 0,3 3,2 125 /17 mikrosiliky EMSAC 1,5 0,9 0,4 0,7 3,5 137 Ø odpad na jednotku plochy [g.m -2 ] Tab. 12. Stanovení pevnosti v tlaku po zkoušce CHRL C1 C2 Rozměry Plocha A c [mm 2 ] f c C1/15 149,66 149, ,89 84,0 C1/16 0% 149,72 149, ,56 95,0 C1/17 149,70 150, ,75 91,0 C2/15 149,85 149, ,47 110,5 C2/16 149,74 149, ,20 117,0 C2/17 149,59 149, ,26 107,0 /15 149,88 149, ,52 104,5 /16 149,71 148, ,51 84,5 /17 149,93 149, ,92 76,5 /15 149,87 149, ,94 109,0 /16 149,80 149, ,73 105,5 /17 149,86 149, ,52 115,0 /15 10% metakaolínu 149,81 150, ,36 82,0 /16 149,83 149, ,07 82,0 /17 (listopad 2005) 149,80 149, ,76 90,0 /15 5% metakaolínu 149,68 149, ,19 99,5 /16 (listopad 2005) a 5% 149,72 149, ,34 106,0 /17 mikrosiliky EMSAC 149,96 150, ,42 110,5 Ø f c 90,0 111,5 88,5 109,8 84,7 105,3-15 -

19 250 Množství odpadu [g.m -2 ] C1 C2 Obr. 5. Množství odpadu po 100 cyklech zkoušky odolnosti proti působení CHRL u vybraných záměsí 2.6. Stanovení modulů pružnosti Stanovení statického modulu pružnosti betonu v tlaku bylo provedeno podle ČSN ISO Zkoušení betonu rezonanční metodou se řídí ustanoveními technické normy ČSN a stanovení modulu pružnosti ultrazvukovou impulsovou metodou se řídí ustanovením technické normy ČSN Výsledky uvádějí Tab Tab. 13. Stanovení statického modulu pružnosti E c u záměsí,,,. Rozdíl napětí σa - σb [Mpa] Poměrné přetvoření εa - εb [ ] Statický modul Ec [GPa] / T10 34,0 0,908 37,5 / T11 EMSAC ,0 0,675 51,0 / T12 DOZ 34,0 0,688 49,5 / T10 34,0 0,683 50,0 / T11 34,0 0,543 62,5 / T12 34,0 0,543 63,0 / T10 10% metakaolínu 34,0 0,494 69,0 / T11 34,0 0,668 51,0 / T12 (listopad 2005) 36,5 0,740 49,5 / T10 5% metakaolínu 34,0 0,695 49,0 / T11 (listopad 2005) a 34,0 0,663 51,0 / T12 EMSAC 500 DOZ 34,0 0,686 49,5 Ø Ec 46,0 58,5 56,5 49,8-16 -

20 Tab. 14. Stanovení dynamického modulu pružnosti E br L při podélném kmitání u záměsí,,,. Objemová hmotnost Ø [kg.m -3 ] Frekvence podélného kmitání [khz] E br L [GPa] /T ,757 55,5 /T ,784 56,0 /T ,516 51,0 /T ,853 57,0 /T ,899 58,0 /T ,883 57,5 /T10 10% metakaolínu ,888 51,0 /T ,896 57,0 /T12 (listopad 2005) ,895 58,0 /T10 5% metakaolínu ,840 57,5 /T11 (listopad 2005) a ,842 57,5 /T ,843 58,0 Ø E br L [GPa] 54,2 57,5 55,3 57,7 Tab. 15. Stanovení modulu pružnosti UZ impulsovou metodou u záměsí,,,. Objemová hmotnost Ø [kg.m -3 ] Rychlost šíření v l [m.s -1 ] E bu [GPa] /T ,787 61,5 /T ,060 61,5 /T ,921 61,5 /T ,119 64,0 /T ,192 63,5 /T ,618 62,5 /T10 10% metakaolínu ,301 64,0 /T ,197 64,0 /T12 (listopad 2005) ,316 64,5 /T10 5% metakaolínu ,468 62,5 /T11 (listopad 2005) a ,427 63,0 /T ,536 62,5 Ø E bu [GPa] 61,5 63,3 64,2 62,7-17 -

21 3. Závěr Hlavním cílem předkládané práce bylo ověření vlivu příměsí metakaolínů a metalupku s obchodním označením Mefisto (a zejména typu ) z produkce Českých lupkových závodů, a.s., Nové Strašecí na pevnostní a trvanlivostní vlastnosti navržených vysokopevnostních betonů. Zároveň byl srovnán vliv těchto metakaolínů s účinky mikrosiliky, jako v současnosti prakticky jediné silikátové příměsi do vysokopevnostních betonů. Laboratorní testování vysokopevnostních betonů s příměsmi metakaolínů Mefisto a dvou typů mikrosiliky přineslo následující základní poznatky: Postupnou úpravou složení původně navržených záměsí a úpravou postupu laboratorního míchání čerstvého betonu se podařilo ve třetí fázi zkoušení připravit modifikované receptury s požadovanou konzistencí danou stupněm rozlití F4, případně až F5. Tato skutečnost je cenná zejména u záměsi * s 10% metakaolínu, neboť přídavek metakaolínu zpravidla způsobuje snížení konzistence čerstvého betonu (viz. Tab. 16). Tab. 16. Vlastnosti čerstvého betonu (záměsi C1 ) Záměs Rozlití Stupeň konzistence Objemová hmotnost - Ø [kg.m -3 ] Obsah vzduchu [%] C1 0% 450 F ,2 C2 C4 C6 * 5% metakaolínu (listopad 2005) 10% metakaolínu (listopad 2005) 10% metakaolínu (srpen 2005) 5% metakaolínu (listopad 2005) a 520 F ,9 590 F ,0 510 F ,9 560 F ,8 500 F ,3 510 F ,3 580 F ,2 530 F ,0-18 -

22 Bylo zjištěno, že konkrétní postup laboratorní přípravy čerstvého betonu má, v případě jinak zcela identického složení záměsí, vliv na výslednou konzistenci Záměs B5* s 10 % metakaolínu ze srpna 2005, testovaná ve 2. fázi zkoušek vykázala rozlití 500mm (stupeň F4), u záměsi s totožným složením (*) ve 3. fázi zkoušek bylo však zjištěno rozlití 580mm (stupeň F5). Prokázalo se, že veškeré příměsi, testované ve třetí, závěrečné fázi zkoušek (tj. metakaolín, dva druhy mikrosiliky i vzájemná kombinace metakaolínu a mikrosiliky) mají příznivý vliv na zvýšení pevnostních vlastností vysokopevnostních betonů a většinou také zvyšují odolnost povrchu betonu proti působení vody a chemických rozmrazovacích látek (viz. Tab ). Tab. 17. Procentuální porovnání pevnosti v prostém tlaku po 28 dnech u záměsí C1 Záměs C1 C2 C4 C6 * [%] 0% 5% MS EMSAC 10% MS EMSAC 5% MS ELKEM 940 U 10% MS ELKEM 940 U 5% MK Mefisto K05 (listopad 2005) 10% MK Mefisto K05 (listopad 2005) 10% MK Mefisto K05 (srpen 2005) 5% MS EMSAC a 5% Pevnost v tlaku po 28 dnech 99,7 118,8 135,2 109,8 127,3 103,7 111,5 120,2 123,5 Zvýšení pevnosti [%] ,2 + 35,6 + 10,1 + 27,7 + 4,0 + 11,8 + 20,6 + 23,9 Tab. 17. Procentuální porovnání pevnosti v tahu ohybem po 28 dnech u záměsí C1 Záměs C1 C2 C4 C6 * [%] 0% 5% MS EMSAC 10% MS EMSAC 5% MS ELKEM 940 U 10% MS ELKEM 940 U 5% MK Mefisto K05 (listopad 2005) 10% MK Mefisto K05 (listopad 2005) 10% MK Mefisto K05 (srpen 2005) 5% MS EMSAC a 5% Pevnost v tahu ohybem po 28 dnech 10,87 13,00 13,27 12,30 13,10 12,20 12,37 13,60 13,47 Zvýšení pevnosti [%] ,6 + 22,1 + 13,2 + 20,5 + 12,4 + 13,8 + 25,1 + 23,9-19 -

23 Tab. 18. Procentuální porovnání pevnosti v příčném tahu po 28 dnech u záměsí C1 Záměs C1 C2 C4 C6 * [%] 0% 5% MS EMSAC 10% MS EMSAC 5% MS ELKEM 940 U 10% MS ELKEM 940 U 5% MK Mefisto K05 (listopad 2005) 10% MK Mefisto K05 (listopad 2005) 10% MK Mefisto K05 (srpen 2005) 5% MS EMSAC a 5% Pevnost v příčném tahu po 28 dnech 5,56 5,60 6,58 5,56 6,28 5,67 5,82 6,40 5,93 Zvýšení pevnosti [%] ,7 + 18,3 ± ,9 + 2,0 + 4,7 + 15,1 + 6,6 Tab. 19. Procentuální porovnání odolnosti betonu proti působení vody a CHRL po 100 cyklech u záměsí C1 Záměs C1 C2 C4 C6 * [%] 0% 5% MS EMSAC 10% MS EMSAC 5% MS ELKEM 940 U 10% MS ELKEM 940 U 5% MK Mefisto K05 (listopad 2005) 10% MK Mefisto K05 (listopad 2005) 10% MK Mefisto K05 (srpen 2005) 5% MS EMSAC a 5% Pevnost v tahu ohybem po 28 dnech Zvýšení pevnosti [%] ,7 + 41, , , ,3 Úplným závěrem lze říci, že laboratorním studiem bylo prokázáno, že příměsi metakaolínu se svými účinky prakticky ve všech sledovaných vlastnostech vyrovnají vlivu mikrosiliky ve vysokopevnostních betonech. Metakaolíny tak mohou představovat novou ( alternativní ) silikátovou příměs do vysokopevnostních a vysokohodnotných betonů, jejich aplikace často výrazným způsobem přispěje ke zlepšení kvalitativních parametrů betonu. Předpokládaná průmyslová výroba pucolánových příměsí na bázi kalcinovaných kaolínů v Českých lupkových závodech, a.s., Nové Strašecí by tak představovala další, velmi kvalitní zhodnocení tradičních českých nerudních silikátových surovin