Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Studentská vědecká a odborná činnost Akademický rok 25/26 Vliv syntetických vláken na vlastnosti lehkých samamozhutnitelných betonů Jméno a příjmení studenta : Ročník, obor : Vedoucí práce : Ústav : David Tesař V., Materiálové inženýrství Doc. Ing. Rudolf Hela CSc. Ing. Michala Hubertová Ústav technologie stavebních hmot a dílců
1. OBSAH 1.Obsah.......2 2. Anotace....3 3. Úvod do problematiky.....3 4. Cíl práce...5 5. Metodika práce.........5 6. Experimentální část......7 6.1. Receptura referenční (REF).. 7 6.2. Receptury s vlákny.....9 6.2.1. Receptura s přídavkem 1 kg/m3 syntetických vláken (R1)....9 6.2.2. Receptura s přídavkem 4 kg/m3 syntetických vláken (R4)... 11 6.2.3 Receptura s přídavkem 8 kg/m3 syntetických vláken (R8)......13 6.3. Srovnání jednotlivých receptur....15 6.3.1. Vlastnosti čerstvého betonu. 15 6.3.2 Vlastnosti ztvrdlého betonu...16 7. Závěr....19 8. Použitá literatura....2 2
2. Anotace Práce se zabývá problematikou přídavku syntetických vláken do lehkého samozhutnitelného betonu s kamenivem Liapor. Bude porovnávána referenční receptura s recepturami s přídavkem 1, 4 a 8 kg/m 3 těchto vláken. Reologické vlastnosti jednotlivých receptur byly zkoušeny obvykle používanými metodami pro samozhutnitelné betony. Jednalo se o zkoušku Rozlití kužele, Orimet, J-Ring a L- Box. Zpracovatelnost těchto receptur byla zkoušena v časech po namíchání, po 6 minutách a po 9 minutách. Dále bylo prováděno měření objemových změn, a to jak v čerstvém stavu ihned po namíchání, tak v průběhu zrání na ztvrdlém betonu. Nakonec byly stanoveny základní fyzikálně mechanické vlastnosti těchto receptur. Práce se tedy bude zabývat porovnáním těchto receptur a vyhodnocením jejich vlastností právě vzhledem k různým přídavků syntetických vláken. 3. Úvod do problematiky Beton označovaný jako lehký beton LC (Light-weight Concrete) je heterogenní směs cementu, vody, přísad, příměsí a lehkého kameniva. Nejdůležitějším materiálovým předpokladem pro výrobu lehkých betonů je použití lehkých kameniv přírodních i uměle vyrobených. Vzrůstající popularita lehkých betonů je způsobena rychlým rozvojem stavebních technologií v odvětví zvukově a tepelně izolačních podlah, rekonstrukcí starých budov, které není vhodné dále přitěžovat nebo při výstavbě nových budov nebo konstrukcí, kde je využita jeho nízká objemová hmotnost při dostatečné pevnosti. V České republice je jediné průmyslově vyráběné lehké kamenivo Liapor (obch. název pro keramzit). Liapor je lehké keramické kamenivo, které se vyrábí výpalem a současnou expandací přírodních granulovaných jílů. Vznikají tak slinutá keramická zrna kameniva s vnitřní rovnoměrně pórovitou strukturou, která vynikají především fyzikálně chemickými a mechanickými vlastnostmi. [1] Lehký samozhutnitelný beton (Self Compacting Light-weight Concrete SCLC) je speciální typ betonu reprezentující poslední trendy betonářských technologií. Je to beton kombinující výhody samozhutnitelného a lehkého betonu. Jeho přednostmi jsou dobré tepelně-izolační vlastnosti, nízká objemová hmotnost s dostatečnou pevností v tlaku dohromady s dobrou zpracovatelností, která umožňuje jednoduché ukládání bez rizika nekvalitní vibrace způsobené lidským faktorem. [2] Specifickým problémem při návrhu a výrobě lehkých betonů obecně, a zvláště u SCLC je v nasákavost lehkého kameniva, a to nejen za atmosférického tlaku, ale i za vysokého tlaku, kterému může být SCLC vystaven během čerpání. Při výrobě lehkých betonů lze použít kamenivo Liapor v suchém stavu a pak je třeba dodat tzv. přídavnou vodu, která je potřebná pro nasáknutí Liaporu. Tato voda se neúčastní na tvorbě cementového tmele, proto se tedy nezapočítává do vodního součinitele. Nebo se může dávkovat Liapor předem navlhčený. Experimentální práce [3] s SCLC prokázaly, že je vhodné kamenivo předem namáčet a to minimálně 24 hod. v laboratorních podmínkách, aby bylo dosaženo nasycení pórové struktury jednotlivých zrn kameniva. Je ovšem prokázáno, že při použití receptury s vodou přídavnou, jsou dosaženy horší výsledky, než když necháme kamenivo ve vodě nasáknout. Tento výsledek je patrný jak u betonu 3
čerstvého tak ztvrdlého (např. reologické vlastnosti; pevnost v tlaku; mrazuvzdornost atd.) Specifika při návrhu a výrobě SCLC, které musíme zohlednit jsou následující: zhoršená tekutost a samohutnitelnost způsobená nízkou objemovou hmotností kameniva tendence lehkého kameniva segregovat na povrchu vlivem pórovitosti kameniva je zvýšená absorpce záměsové vody dovnitř zrna a s tím spojená špatná hydratace cementu díky zmíněnému úbytku vody, zpracovatelnost v čase a v poslední řadě ztráta vlastnosti SCC (pro betony s nízkým w a pro suché kamenivo) [2] Vláknobetony jsou speciální typy konstrukčních betonů, jejichž struktura obsahuje mimo obvyklých složek vlákna. Vyztužování cementové matrice vlákny je datováno od roku 196. Zpočátku byly používány rovná ocelová vlákna. Základní požadavky byly směřovány na vylepšení duktility, lomové houževnatosti a dokonce bylo sledováno i zlepšení pevnosti v tahu za ohybu. V průběhu dalších let došlo k vývoji široké řady přírodních a syntetických vláken různých rozměrů, vlastností a využití. [7] Obecně lze konstatovat, že rovnoměrné rozptýlení vláken v betonu může významným způsobem ovlivnit některé jeho vlastnosti a to často ty, které jsou pokládány za jeho slabiny. Těmito vlastnostmi jsou především: schopnost odolávat účinkům tahových napětí, křehký charakter jeho porušení a v neposlední řadě i projevy objemových změn. [4] Jedna skupina z širokého spektra dnes nabízených vláken jsou syntetická vlákna. Syntetická polymerní vlákna jsou výsledkem výzkumu a rozvoje v petrochemickém a textilním průmyslu. Patří sem například polypropylenová vlákna, polyethylenová, akrylová, nylonová atd. Široká škála různých typů polymerních vláken nám dává možnost jimi vylepšovat některé méně kvalitní vlastnosti prostých betonů. V podstatě rozlišujeme tyto vlákna na dvě skupiny. Jsou to vlákna krátká do 12 mm s průměrem okolo 18 µm, které nemají přílišný vliv na zlepšení mechanických vlastností betonu, ale díky jejich vysokému zastoupení v čerstvém betonu (v 1 kg je 3 mil. kusů vláken) dokáží zamezovat vzniku smršťovacích trhlin v nejkritičtější počáteční fázi tuhnutí. Pro omezení smršťovacích trhlin používáme především vlákna polypropylenová [5]. Druhým typem vláken jsou vlákna konstrukční obvykle s maximální délkou do 55 mm. Tato vlákna mají schopnost zlepšovat mechanické vlastnosti betonu a to především tah za ohybu, rázovou houževnatost a duktilitu. Vyrábějí se například ze směsi polypropylénu a polyethylenu. Jejich výhodou oproti ocelovým vláknům, se kterými by jsem je mohli srovnávat je, že nekorodují, snadno se rozmíchávají, jsou účinná i při značném přetvoření a jsou výrazně lehčí. Tento typ vláken má široké možnosti využití zahrnující desky na zemním podloží (průmyslové podlahy, podlahy supermarketů, komunikace letišť), stropní ocelobetonové desky, mostní desky, dělící příčky kabelových rozvodů, septiky a další typy prostorových prefabrikátů, stříkané betonu v tunelech a opěrných stěnách atp. Ve většině těchto zmíněných aplikacích konstrukční syntetická vlákna dokáží vyloučit pomocné svařované ocelové sítě nebo nahradit ocelové drátky ve vláknobetonech. [6] 4
4. Cíl práce Cílem této práce bylo ověření vlivu syntetických vláken na vlastnosti lehkého samozhutnitelného betonu s lehkým kamenivem Liapor. Bylo třeba porovnat přídavky syntetických vláken Chryso Fibre S5 v dávkách 1, 4 a 8 kg/m 3 dle doporučení výrobce. Byly porovnávány jak reologické vlastnosti jednotlivých receptur, tak základní fyzikálně mechanické vlastnosti. Reologické vlastnosti byly zkoušeny nejčastěji používanými metodami pro samozhutnitelné betony. Jednalo se tedy zkoušky Rozlití kužele, Orimet, J-Ring a L-Box. Zpracovatelnost těchto receptur byla zkoušena v časech po namíchání, po 6 minutách a po 9 minutách, s ohledem na požadavek zpracovatelnosti v čase u těchto typů betonů. Dále bylo prováděno měření objemových změn, a to jak v čerstvém stavu ihned po namíchání, tak v průběhu zrání na ztvrdlém betonu. Nakonec byly stanoveny základní fyzikálně mechanické vlastnosti těchto receptur. Práce se tedy bude zabývat porovnáním těchto receptur a vyhodnocením jejich vlastností právě vzhledem k různým přídavků syntetických vláken. 5. Metodika práce Byla vytvořena referenční receptura s využitím kombinace lehkého kameniva Liapor a přírodního kameniva frakce -4 mm. Na této receptuře se ověřoval přídavek syntetických vláken Chryso Fibre S5. Jsou to vlákna vyrobená ze směsi polypropylénu a polyetylénu, jejichž délka je 5 mm, pevnost v tahu 65 N/mm 2, Youngův modul pružnosti 5 GPa a hustota 92 kg/m 3. Dle doporučení výrobce se tato vlákna dávkují v množství 1, 4 a 8 kg/m 3. Z tohoto důvodu byla referenční receptura modifikována třemi dávkami těchto syntetických vláken, a to dávkou 1, 4 a 8 kg/m 3. U tohoto souboru receptur byl použit cement CEM I 42,5 R v množství 37 kg/m 3 s využitím elektrárenského popílku jako aktivní příměsi. Dále byla použita prášková mikrosilika jako ultrajemná příměs, superplastifikátor na bázi polykarboxylátů a stabilizační přísada. Referenční receptura byla označena REF a receptury s přídavky syntetických vláken byly označeny R1, R4 a R8. REC REF bez vláken REC R1 1 kg.m -3 syntetických vláken REC R4 4 kg.m -3 syntetických vláken REC R8 8 kg.m -3 syntetických vláken Pro ověřování reologických vlastností SCLC byly vybrány nejčastěji používané metody, a to Slump flow (Rozlití kužele), T5 Slump flow, Orimet a L Box v časech ihned po namíchání, po 6 a po 9 minutách od zamíchání. Doporučené rozpětí hodnot těchto zkušebních metod byly získány ze směrnice [8]. 5
Dále bylo na jednotlivých recepturách provedeno zkoušení objemových změn v čerstvém stavu od zamíchání současně s měřením vývoje hydratačních teplot a byl také stanoven průběh objemových změn během zrání betonu. Na ztvrdlém betonu byly stanoveny základní fyzikálně mechanické vlastnosti. Nakonec se na jednotlivých recepturách stanovili základní fyzikálně mechanické vlastnosti ztvrdlého betonu, a to pevnost v tlaku, pevnost v tahu za ohybu, pevnost v příčném tahu, objemová hmotnost a dynamický modul pružnosti. Jednotlivé zkoušky byly prováděny dle norem: ČSN EN 1235-6 Zkoušení čerstvého betonu-část 6: Objemová hmotnost. ČSN EN 1239-7 Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 7: Objemová hmotnost ztvrdlého betonu. ČSN EN 1239-3 Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 3: Pevnost v tlaku zkušebních těles. ČSN EN 1239-5 Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 5: Pevnost v tahu ohybem zkušebních těles). Nenormová zkouška:pevnost v příčném tahu zkušebních těles Brazilskou zkouškou ČSN 73 1371 Ultrazvuková impulsová metoda zkoušení betonu. Objemové změny v ztvrdlém stavu Stanovení objemových změn bylo prováděno na trámcích 1*1*4 mm, vždy dva trámce od každé receptury. Jeden vzorek byl uložen v normovém uložení a druhý v laboratorních podmínkách. Měření se provádělo pomocí mechanického, číselníkového úchylkoměru s přesností,1 mm. Na každém vzorku byly nalepeny pomocí epoxidového lepidla vždy dva terčíky o rozteči 3 mm na dvě protilehlé stěny. Terčíky byly lepeny na vzorek o stáří obvykle 2 dny. Objemové změny v čerstvém stavu Pro měření objemových změn v čase od namíchání po neomezený čas byla použita speciální forma, která umožňuje změřit objemové změny libovolné směsi. Forma je vyrobena z plechu síly 3 mm, stěny jsou kónické. Vzorek byl uložen v laboratorních podmínkách a současně byla měřena teplota směsi a okolí i změna délky pomocí digitálního úchylkoměru SYLVAC S229 s výstupem na PC a přesností,1mm, hodnoty byly automaticky zaznamenávány po 3 minutách do PC. Popis částí formy: tělo formy je kónické a je dlouhé 375,55 mm, součástí těla formy je stojan pro uchycení úchylkoměru SYLVAC S 229 jedno čelo formy je pevně spojeno s tělem formy, druhé posuvné čelo umožňuje volný pohyb a je schopno sledovat změny délky uložené směsi pro ukotvení směsi k čelu, jsou pomocí závitu M6 upevněny kotvy z výztuže J 1 335, jejichž konce jsou rozříznuty a rozevřeny na úhel 9 pro umocnění hmoždinkového efektu na pohyblivé čelo je z vnější části umístěna dotyková hlavice, změny polohy této hlavice ( a tedy pohyblivého čela a volného konce zkušebního tělesa) je zaznamenána digitálním úchylkoměrem 6
6. Experimentální část 6.1. Referenční receptura (REF) Označení receptury REF Komponenty Lokalita [kg/m 3 ] Množ. [kg] Cem I 42,5R Mokrá 31 37 Přírodní kamenivo -4 mm Spytihněv 26 579,5 Lehké kamenivo -1 mm Liapor 155 98,68 Lehké kamenivo 4-8 mm Liapor 137 441,15 Voda vodovod Brno 1 19 Popílek Dětmarovice 225 111 Superplastifikátor Stachema 175 5,55 Stabilizátor Liapor 815 1,48 Mikrosilika Chryso 211 37 Vzduch 2% Objemová hmotnost čerstvého betonu-vypočítaná 1834,5 kg/m 3 Vlastnosti čerstvého betonu Rozlití - Abrams Orimet + J Ring L-Box 5mm celkem výtok blok. rozlití 4cm celkem h 1 /h 2 čas [s] [mm] [s] [mm] [mm] [s] [s] [mm] dop. 2-5s 65-8 1-5 -1,8-1 min 2,6 74 4,5 7 65 2,5 4,2 1 6 min 4, 7 7,3 9 65 3,9 7,6,91 9 min 5,5 69 8,1 9 63 4,5 8,5,84 Objemová hmotnost čerstvého betonu [kg/m 3 ] 1777,8 7
Objemové změny čerstvého betonu od zamíchání rec. REF smrštění (mm) -,5 -,1 -,15 -,2 -,25 -,3 -,35 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 čas (hod) (pozn. hodnoty smrštění v grafu platí pro formu délky 375,55 mm) graf č. 1.: objemové změny betonu po zamíchání rec. REF - objemové změny čerstvého betonu na 1 m 48 hodin po zamíchání:,855 mm Vlastnosti ztvrdlého betonu Pevnost v tlaku [MPa] Pevnost v příčném tahu Brazilskou zkouškou [MPa] 7 dní 29, 28 dní 4 28 dní 2,9 3,9 pevnost v ohybu [MPa] 28 dní 2,5 Objemová hmotnost ve vysušeném stavu [kg/m 3 ] Koficient konstruktivnosti k k 1) 28 dní 164 7 dní 1,778 28 dní 2,44 1) Koeficient konstruktivnost je poměr tlakové pevnosti ku objemové hmotnosti vynásobené 1 k k fck = 1 ρ Dynamický modul pružnosti doba m a b l t 1 t 2 t 3 t L E [dny] [kg] [mm] [mm] [mm] s] s] [ s] [ s] [m/s] [kg/m 3 ] [GPa] 7 6,96 1,1 99,5 399,7 117,6 116,6 111,6 115,27 3,47 1748,4 21,1 14 6,94 1,1 99,5 399,7 114,6 113,6 18,5 112,22 3,56 1743,3 22,1 21 6,98 1,1 99,5 399,7 113 11,6 17,6 11,4 3,62 1753,3 22,98 28 6,99 1,1 99,5 399,7 11,8 18,6 15 18,13 3,7 1755,8 24,4 8
Objemové změny ztvrdlého betonu Rec. REF -,5 1 2 3 4 5 6 7 smrštění (mm) -,1 -,15 -,2 -,25 uloženo na vzduchu uloženo ve vodě -,3 čas (dny) graf č. 2.: objemové změny ztvrdlého betonu rec. REF - Objemové změny zatvrdlého betonu na 1 metr 28 dnů po zamíchání: vzduch -,717 mm voda -,83 mm 6.2. RECEPTURY S VLÁKNY -složení receptur je stejné jako receptura referenční, liší se jen přídavkem vláken: receptura R1. 1kg*m -3 vláken Chryso Fibre S5 receptura R4. 4kg*m -3 vláken Chryso Fibre S5 receptura R8. 8kg*m -3 vláken Chryso Fibre S5 6.2.1. Receptura s přídavkem 1kg/m3 syntetických vláken (R1) Vlastnosti čerstvého betonu Rozlití - Abrams Orimet + J Ring L-Box 5mm celkem výtok blok. rozlití 4cm celkem h 1 /h 2 čas [s] [mm] [s] [mm] [mm] [s] [s] [mm] dop. 2-5s 65-8 1-5 -1,8-1 min 2,4 7 3,1 26 68 6,1 9,2,92 6 min 4,1 69 4,8 39 62 9,8 13,4,75 9 min 6,5 67 4,3 44 65 1,1 16,5,63 Objemová hmotnost čerstvého betonu [kg/m 3 ] 1777,8 9
Objemové změny čerstvého betonu od zamíchání Rec. R1 smrštění (mm) -,5 -,1 -,15 -,2 -,25 -,3 -,35 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 čas (hod) (pozn. hodnoty smrštění v grafu platí pro formu délky 375,55 mm) graf č. 3.: objemové změny betonu po zamíchání rec. R1 - objemové změny čerstvého betonu na 1 m 48 hodin po zamíchání:,812 mm Vlastnosti ztvrdlého betonu Pevnost v tlaku [MPa] Pevnost v příčném tahu Brazilskou zkouškou [MPa] 7 dní 29,5 28 dní 39,5 28 dní 3,8 4,1 pevnost v ohybu [MPa] 28 dní 3,2 Objemová hmotnost ve vysušeném stavu [kg/m 3 ] Koficient konstruktivnosti k k 1) 28 dní 165 7 dní 1,61 28 dní 2,19 1) Koeficient konstruktivnost je poměr tlakové pevnosti ku objemové hmotnosti vynásobené 1 k k fck = 1 ρ Dynamický modul pružnosti doba m a b l t 1 t 2 t 3 t L E [dny] [kg] [mm] [mm] [mm] s] s] [ s] [ s] [m/s] [kg/m 3 ] [GPa] 7 7,18 1,4 1,1 4,3 115,9 114 113,5 114,47 3,497 1784,7 21,83 14 7,19 1,4 1,1 4,3 112,8 111,2 1,3 18,1 3,73 1787,2 22,71 21 7,21 1,4 1,1 4,3 111,1 19 18,5 19,53 3,655 1792,2 23,94 28 7,21 1,4 1,1 4,3 19,2 17,8 16,3 17,77 3,715 1792,2 24,73 1
Objemové změny ztvrdlého betonu Rec. R1 smrštění (mm),1,5 -,5 -,1 -,15 -,2 -,25 -,3 1 2 3 4 5 6 7 čas (dny) uloženo na vzduchu uloženo ve vodě graf č. 4.: objemové změny ztvrdlého betonu rec. R1 - Objemové změny zatvrdlého betonu na 1 metr 28 dnů po zamíchání: vzduch -,67 mm voda,113 mm 6.2.2.. Receptura s přídavkem 4kg/m 3 syntetických vláken (R4) Vlastnosti čerstvého betonu Rozlití - Abrams Orimet + J-Ring L-Box 5mm celkem výtok blok. rozlití 4cm celkem h 1 /h 2 čas [s] [mm] [s] [mm] [mm] [s] [s] [mm] dop. 2-5s 65-8 1-5 -1,8-1 min 2,5 74 3,5 79 49 - - - 6 min 4,2 7 4,8 - - - - - 9 min 5,4 68 6,3 - - - - - Objemová hmotnost čerstvého betonu [kg/m 3 ] 1775,4 (POZN. Prázdná pole v tabulce jsou nevyplněna díky nemožnosti odečtu v průběhu i po skončení zkoušky. Blokace způsobená shlukem vláken na výztuži L-boxu a J-Ringu zabránila průchodu betonu a tím došlo k nenaplnění předepsaného průběhu zkoušek.) 11
Objemové změny čerstvého betonu od zamíchání Rec. R4 smrštění (mm) -,1 -,2 -,3 -,4 -,5 -,6 -,7 -,8 -,9 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 čas (hod) (pozn. hodnoty smrštění v grafu platí pro formu délky 375,55 mm) graf č. 5.: objemové změny betonu po zamíchání rec. R4 - objemové změny čerstvého betonu na 1 m 48 hodin po zamíchání:,25 mm Vlastnosti ztvrdlého betonu Pevnost v tlaku [MPa] Pevnost v příčném tahu Brazilskou zkouškou [MPa] 7 dní 32 28 dní 45,5 28 dní 3,4 5,3 pevnost v ohybu [MPa] 28 dní 3,3 Objemová hmotnost ve vysušeném stavu [kg/m 3 ] Koficient konstruktivnosti k k 1) 28 dní 167 7 dní 1,91 28 dní 2,73 1) Koeficient konstruktivnost je poměr tlakové pevnosti ku objemové hmotnosti vynásobené 1 k k fck = 1 ρ Dynamický modul pružnosti doba m a b l t 1 t 2 t 3 t L E [dny] [kg] [mm] [mm] [mm] s] s] [ s] [ s] [m/s] [kg/m 3 ] [GPa] 7 7,18 1,2 1,26 4,1 112,3 112 112,6 112,3 3,563 1786,3 22,67 14 7,19 1,2 1,26 4,1 11,5 11,8 111,1 11,8 3,611 1788,8 23,33 21 7,21 1,2 1,26 4,1 18,2 18,8 19 18,67 3,682 1793,8 24,32 28 7,21 1,2 1,26 4,1 17,3 17,3 17,3 17,3 3,729 1793,8 24,94 12
Objemové změny ztvrdlého betonu Rec. R4 smrštění (mm),2,15,1,5 -,5 -,1 -,15 -,2 -,25 -,3 1 2 3 4 5 čas (dny) uloženo na vzduchu uloženo ve vodě graf č. 6.: objemové změny ztvrdlého betonu rec. R4 - Objemové změny zatvrdlého betonu na 1 metr 28 dnů po zamíchání: vzduch -,68 mm voda,44 mm 6.2.3. Receptura s přídavkem 8kg*m -3 syntetických vláken (R8) Vlastnosti čerstvého betonu Rozlití - Abrams Orimet + J Ring L-Box 5mm celkem výtok blok. rozlití 4cm celkem h 1 /h 2 čas [s] [mm] [s] [mm] [mm] [s] [s] [mm] dop. 2-5s 65-8 1-5 -1,8-1 min 2,5 74 3,5 79 49 - - - 6 min 4,2 7 4,8 - - - - - 9 min 5,4 68 6,3 - - - - - Objemová hmotnost čerstvého betonu [kg/m 3 ] 1794,2 (POZN. Prázdná pole v tabulce jsou nevyplněna díky nemožnosti odečtu v průběhu i po skončení zkoušky. Blokace způsobená shlukem vláken na výztuži L-boxu a J-Ringu zabránila průchodu betonu a tím došlo k nenaplnění předepsaného průběhu zkoušek.) 13
Objemové změny čerstvého betonu od zamíchání Rec.2.1.9. 8Kg -,2 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 smrštění (mm) -,4 -,6 -,8 -,1 -,12 čas (dny) (pozn. hodnoty smrštění v grafu platí pro formu délky 375,55 mm) graf č. 7.: objemové změny betonu po zamíchání rec. R8 - objemové změny čerstvého betonu na 1 m 48 hodin po zamíchání:,266 mm Vlastnosti ztvrdlého betonu Pevnost v tlaku [MPa] Pevnost v příčném tahu Brazilskou zkouškou [MPa] 7 dní 36, 28 dní 44, 28 dní 3,1 5,5 pevnost v ohybu [MPa] 28 dní 3,2 Objemová hmotnost ve vysušeném stavu [kg/m 3 ] Koficient konstruktivnosti k k 1) 28 dní 17 7 dní 2,12 28 dní 2,57 1) Koeficient konstruktivnost je poměr tlakové pevnosti ku objemové hmotnosti vynásobené 1 k k fck = 1 ρ Dynamický modul pružnosti doba m a b l t 1 t 2 t 3 t L E [dny] [kg] [mm] [mm] [mm] s] s] [ s] [ s] [m/s] [kg/m 3 ] [GPa] 7 7,14 1,15 1,6 4,1 111,5 112,3 112,6 112,13 3,568 178,8 22,67 14 7,14 1,15 1,6 4,1 19,6 11,1 11,7 11,13 3,633 178,8 23,5 21 7,14 1,15 1,6 4,1 11,8 18,9 19,5 19,73 3,646 178,8 23,67 28 7,14 1,15 1,6 4,1 19,8 17,2 17,1 18,3 3,73 178,8 24,43 14
Objemové změny ztvrdlého betonu rec. R8 smrštění (mm),1,5 -,5 -,1 -,15 -,2 -,25 -,3 -,35 5 1 12 17 2 26 34 37 47 čas (dny) uloženo na vzduchu uloženo ve vodě graf č. 8.: objemové změny ztvrdlého betonu rec. R8 - Objemové změny zatvrdlého betonu na 1 metr 28 dnů po zamíchání: vzduch -,87 mm voda,167 mm 6.3. Srovnání receptur 6.3.1. Vlastnosti čerstvého betonu OBJEMOVÉ ZMĚNY Porovnání vlivu vláken na objemové změny betonu po zamíchání -,5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 smrštění (mm) -,1 -,15 -,2 -,25 -,3 REF 1 kg 4 kg 8 kg -,35 čas (hod) graf č. 9.: objemové změny betonu po zamíchání 15
Objemové změny čerstvého betonu 48 hodin po zamíchání RECEPTURY REFERENČNÍ R1 R4 R8 OBJ. ZMĚNA NA 1 m [mm],855,812,25,266 Předpokládaný vliv syntetických vláken na omezení smršťovacího efektu v průběhu tvrdnutí betonu se podařilo prokázat pro receptury R4 a R8 (viz. graf. č.9). Snížení tohoto nežádoucího procesu je až několikanásobné. Nejlépe dopadla receptura R4, kde bylo smrštění sníženo o,65 mm oproti receptuře referenční. ROZLITÍ KUŽELE Receptury rozlití (mm) čas t 5 (s) stupeň rozlití REF 74 2,6 SF2 R1 7 2,4 SF2 R4 74 3,5 SF2 R8 59 6,4 SF1 (pozn. hodnoty v tabulce popisují stav těsně po zamíchání) Navržená receptura vykázala výborné výsledky v oblasti rozlití kužele. Nebylo prokázáno, že by samotná vlákna bránila rozlití. K horším výsledkům jsme dospěli v metodách J-Ring a L-Box, kde nebylo možno zkoušku dokončit. 6.3.2 Vlastnosti ztvrdlého betonu OBJEMOVÉ ZMĚNY Objemové změny ztvrdlého betonu za 28 dnů uloženého na vzduchu RECEPTURY REFERENČNÍ R1 R4 R8 OBJ. ZMĚNA NA 1m [mm] -,717 -,67 -,68 -,87 Objemové změny ztvrdlého betonu za 28 dnů uloženého ve vodě RECEPTURY REFERENČNÍ R1 R4 R8 OBJ. ZMĚNA NA 1m [mm] -,83,113,44,167 Naměřené výsledky objemových změn zatvrdlého betonu v průběhu zrání, neprokázali vliv syntetických vláken na omezení nebo zabránění tohoto efektu. Pouze byl sledován rozdíl v průběhu těchto změn v závislosti na prostředí, ve kterém byly vzorky uloženy. Podle předpokladů nám vyšlo jako nebezpečnější uložení ponechání vzorků bez ošetřování na vzduchu ve vytápěných místnostech laboratoře. U vodního uložení nastal opačný efekt, kdy vzorky přijímaly vodu a nabývaly na objemu. 16
PEVNOST V TLAKU RECEPTURY REFERENČNÍ R1 R4 R8 PO 7 DNECH (MPa) 29, 29,5 32, 36, PO 28 DNECH (MPa) 4, 39,5 45,5 44, 5 pevnost v tlaku (MPa) 45 4 35 3 25 2 15 1 5 REF R1 receptury R4 R8 pevnost v tlaku po 7 dnech pevnost v tlaku po 28 dnech graf č. 1.: porovnání pevností v tlaku Podařilo se nám vyrobit beton třídy LC 35/38, kde syntetická vlákna v přídavku 4 a 8 kg * m -3 zvedla pevnosti v řádu o více jak 1%. Vliv 1 kg * m -3 se nikterak výrazně neprojevil. Nejlépe dopadla receptura R4 kde je nárůst pevností v tlaku nejvyšší. PEVNOST V OHYBU RECEPTURY REFERENČNÍ R1 R4 R8 PO 28 DNECH (MPa) 2,5 3,2 3,3 3,2 3,5 pevnost v ohybu (MPa) 3 2,5 2 1,5 1,5 referenční 1kg vláken receptury 4kg vláken 8kg vláken graf č. 11.: porovnání pevností v ohybu 17
U pevnosti v tahu za ohybu je opět patrný nárůst pevností v ohybu u receptur s vlákny oproti receptuře referenční. Při zkoušení jsem se snažil zkušební tělesa před zkoušením vysušit jak doporučuje norma. Ovšem po zlomení trámce jsem pozoroval, že Liapor uvnitř trámce si část vlhkosti podržel a to jistě zkreslilo výsledky. Dokazuje to zkouška, při které jsem trámce pro smrštění v zatvrdlém stavu odzkoušel stejně jako trámce pro ohyb. Díky tomu, že trámce pro smrštění byly uloženy minimálně po dobu 28 dnů v suché laboratoři došlo k jejich stoprocentnímu vysušení. Po zkoušce pevnosti v tahu ohybem dosáhl například trámec se 4kg.m -3 syntetických vláken, 49 dnů starý pevnosti 6,39 MPa. Výsledkem je tedy skoro 1 % nárůst pevnosti v ohybu oproti trámci, který byl pro zkoušku pevnosti v ohybu určený. PEVNOST V PŘÍČNÉM TAHU Brazilskou zkouškou RECEPTURY REFERENČNÍ R1 R4 R8 Pevnost do vzniku první trhliny (MPa) 2,9 3,8 3,4 3,1 Maximální dosažená pevnost (MPa) 3,9 4, 5,3 5,5 6 pevnost v příčném tahu (MPa) 5 4 3 2 1 referenční receptury 1kg vláken 4kg vláken 8kg vláken pevnost do vzniku první trhliny maximální dosažená pevnost graf č. 12.: porovnání pevností v příčném tahu Brazilskou zkouškou Z výsledků je opět patrné, že syntetická vlákna posunují hranici maximální dosažitelné pevnosti betonu při zatížení v příčném tahu a to při vyšším objemovém zastoupení jak je tomu u receptur R4 a R8. 18
DYNAMICKÝ MODUL RECEPTURY REFERENČNÍ R1 R4 R8 Po 7 dnech (GPa) 21,1 21,83 22,67 22,67 Po 14 dnech (GPa) 22,1 22,71 23,33 23,5 Po 21 dnech (GPa) 22,98 23,94 24,32 23,67 Po 28 dnech (GPa) 24,4 24,73 24,94 24,43 25 24 dyn. modul (GPa) 23 22 21 2 19 REF R1 receptury R4 R8 28 den 21 den 14 den 7 den 7 den 14 den 21 den 28 den graf č. 13.: nárůst dynamických modulů v závislosti na čase Z naměřených hodnot je patrné, že vlákna ovlivňují dynamický modul především v prvních týdnech od zamíchání. V průběhu dalších dnů dochází k částečnému srovnávání hodnot, kdy po 28, dnech dosáhne beton 24 GPa. 7. Závěr Cílem této práce bylo ověřit vliv syntetických vláken na vlastnosti lehkého samozhutnitelného betonu. Zkouškami bylo prokázáno, že syntetická vlákna výrazně ovlivňují vlastnosti čerstvého betonu a to hlavně při větších dávkách. Především dochází k blokování vláken na výztuži což by výrazně ztížilo užití tohoto betonu pro hustěji vyztužené konstrukce. Nabízí se tedy možnost použití tohoto betonu například pro konstrukci podlah, kde by jsme ocenili schopnost vláken omezovat smršťovací trhliny v průběhu zrání, dále také vyšší ohybové pevnosti a v neposlední řadě zvýšenou duktilitu. Obecně je také tento beton lehký stavební materiál a má i vyšší tepelně izolační vlastnosti oproti klasickým betonům. Všechny tyto zmíněné vlastnosti pozitivně ovlivňují kvalitu konstrukcí podlah. Měl jsem možnost porovnávat tři receptury s vlákny s referenční recepturou bez vláken. Nejlepších výsledků dosáhla receptura se 4 kg.m -3 syntetických vláken. V oblasti zpracovatelnosti čerstvého betonu vykázala ovšem tato receptura horší výsledky. Jako zatvrdlý beton je to materiál s výbornými mechanickými vlastnostmi. Má vysokou pevnost v tlaku a ohybu. Vlákna dokázaly snížit smršťování betonu oproti referenčnímu až čtyřnásobně. 19
8. Použitá literatura [1] Lias Vintířov, lehký stavební materiál, k.s., Liapor lehké keramické kamenivo navrhování a provádění sypaných konstrukcí, 2 [2] Hubertová, M., Vývoj lehkého samozhutnitelného betonu s kamenivem Liapor, článek ve sborníku 24, Bekros Brno, ISBN: 8-214-256-1 [3] Kolář, M., Lehké samozhutnitelné betony s kamenivem Liapor, Diplomová práce 24, VUT Brno Fakulta stavební 24 [4] Svaz výrobců betonu ČR, Speciální betony, Praha 21, ISBN: 8-238- 2678-6 [5] Crackstop, Polypropylenová vlákna do betonu Crackstop, katalogoví list číslo 31.28/98 [6] Sklocement Beneš, Benesteel, konstrukční vlákna do betonu, www.sklocement.cz [7] Perumalsamy, N., Balaguru Surendra, P., Shah, Fiber reinforced cement composites, USA 1992, ISBN 7 564 [8] The European Guidelines for Self-Compacting Concrete, May 25, www.efca.info 2