VŠB-Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Studentská vědecká odborná činnost školní rok 2004-2005 Vliv lehkého kameniva (Liapor) na mechanické vlastnosti betonu Předkládá student : Zdeňka Dočkálková Odborný garant : Ing. Iveta Skotnicová Ph.D.
Obsah Obsah...1 Anotace...2 Annotation...2 1 Úvod...3 2 Liapor lehké keramické kamenivo...3 2.1 Liapor...3 2.2 Postup výroby...4 2.3 Základní vlastnosti Liaporu...4 2.4 Základní oblasti použití...5 3 Ověření fyzikálních vlastností lehkého kameniva...5 3.1 Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti...5 3.2 Stanovení zrnitosti sítový rozbor...5 3.3 Stanovení sypné hmotnosti kameniva...6 4 Návrh receptur čerstvého Liaporbetonu...7 4.1 Složky Liaporbetonu...7 4.2 Návrh složení čerstvého Liaporbetonu...8 5 Příprava a zkoušení čerstvého Liaporbetonu...9 5.1 Výroba čerstvého Liaporbetonu...9 5.2 Zkoušení čerstvého Liaporbetonu...9 6 Zkoušení ztvrdlého Liaporbetonu...9 6.1 Zkouška pevnosti Liaporbetonu v tlaku...10 6.2 Zkouška pevnosti Liaporbetonu v příčném tahu...12 7 Vyhodnocení zkoušení ztvrdlého Liaporbetonu...14 7.1 Vyhodnocení výsledků pevnosti Liaporbetonu v tlaku...14 7.2 Vyhodnocení výsledků pevnosti Liaporbetonu v příčném tahu...15 8 Závěr...15 Přílohy...17 Seznam literatury...19 Seznam použitých norem...19 Seznam tabulek...19 Seznam obrázků...20 Seznam grafů...20 Seznam příloh...20 1
Anotace Lehké betony označované LC jsou vylehčeny dutinami a póry v textuře betonu. Používají se do konstrukčně-izolačních, izolačních konstrukcí a někdy i ke konstrukčním účelům, pokud vlastní hmotnost konstrukce představuje rozhodující její zatížení. Liapor je jediný zástupce pórovitého kameniva v ČR. Vyrábí se ze snadněji tavitelných jílů, které v žáru nadýmají. Lehký keramický Liaporbeton vzniká smícháním keramického kameniva Liapor, cementu a vody. Liaporbeton je lehký keramický beton, který má při srovnatelné pevnosti poloviční objemovou hmotnost, lepší tepelně a zvukově izolační vlastnosti. Je zdravotně nezávadný a plně recyklovatelný. Annotation Light concretes indicated LC, are cellular interstices and pores in the texture of concrete. They are used as constructional barrier, insulating construction and sometimes for constructional purposes when own weight of construction present conclusive her weighting. Liapor is only representative of pored aggregate in the Czech Republic. It is produced from easy melt clay, which in the heat inflates. Light ceramics Liaporconcrete arise from ceramics aggregate Liapor, cement and water. Liaporconcrete is light ceramics concrete, which have at comparable strength half capacities weight, better heat-insulating and acoustic property. He is unobjectionable and full recycling. 2
1 Úvod Doloženým původcem současného způsobu výroby expandovaných jílů je Stephen John Hayde z Kansas City, Missouri. Byl to stavební podnikatel a cihlář, který si při výrobě cihel všiml nafukování některých bloků při dosažení vysokých teplot během vypalovacího procesu. V letech 1911 a 1912 provedl první pokusy s kamenivem z tohoto materiálu a 12. 2. 1918 dostal patent na svůj postup výroby kameniva expandováním břidlice v rotační peci. Průmyslový proces výroby lehkých kameniv z expandovaných jílů a břidlic je různý podle vlastností vstupního materiálu. Záleží na obsahu vody a historii těchto přírodních materiálů. Používá se buď plastický postup podobný přípravě jílu pro výrobu cihel, který je obvyklejší pro plastické jíly, nebo suchý postup drcením nebo mletím a potom granulováním, který je obvyklejší pro tvrdší břidlice. Vypalování a expandování probíhá v obou případech v rotačních pecích při teplotě 1 100 až 1 200 C. Rotační pece jsou obvykle vytápěny protisměrným způsobem. Dobré vlastnosti pro výrobu Liaporu vykazují jíly z usazenin z jurských moří z druhohorního období Lias staré 150 milionů let. Odtud je také odvozen název skupiny výrobku. Cílem této práce je ověřit vliv lehkého kameniva (Liapor) na mechanické vlastnosti betonu. Budou vytvořeny různé receptury, které se budou odlišovat procentuálním složením kameniva, objemovou hmotností kameniva a typem použitého superplastifikátoru. Pro ověření nárůstu pevností vlivem drátků na pórobeton do vybraných receptur přidáme drátky ve dvou různých množstvích, a to 50 kg.m -3 a 75 kg.m -3. 2 Liapor lehké keramické kamenivo Liapor je ve Vintířově vyráběn z třetihorních cypřišových jílů. Při výrobě nejsou používány žádné umělé pórotvorné přísady, podmínkou expandace je pouze vhodné přírodní složení jílu a jeho dobré zpracování. Díky vynikajícím vlastnostem jílů je Liapor z Vintířova se svou sypnou hmotností frakce 8-16 mm pod 300 kg.m -3 jedním z nejlehčích materiálů tohoto druhu na světě.[3] 2.1 Liapor Liapor je velmi lehký granulát vyráběný expandováním přírodního jílu. Svou podstatou se Liapor řadí mezi keramické hmoty, které jsou jedním z nejstarších a nejosvědčenějších stavebních materiálů. Liapor je lehké keramické kamenivo, které se vyrábí výpalem a současnou expandací přírodních granulovaných jílů. Vznikají tak slinuté keramické perly s vnitřní rovnoměrně pórovitou strukturou, které vynikají především fyzikálně chemickými a mechanickými vlastnostmi. [3] 3
2.2 Postup výroby Vytěžený jíl je v několika stupních drcen a plastifikován. Potom jsou různými způsoby vytvářeny granule potřebné velikosti a tvaru. Tyto granule prochází rotační pecí, kde expandují při teplotě asi 1 150 C, poté se chladí a vychlazený granulát je dopravován ke třídiči a tříděn na jednotlivé frakce. [3] 2.3 Základní vlastnosti Liaporu Jíl pro výrobu Liaporu obsahuje jako hlavní minerály illit, kaolinit, křemík a dále úlomky slíd a fosilní zbytky. Fosilní zbytky a určité příměsi minerálů působí při expandaci. Vlastnosti Liaporu jsou vlastnosti čistě keramického materiálu, viz obr. č. 1.[3] Mezi nejčastěji zmiňované vlastnosti keramického kameniva Liapor patří: - objemová hmotnost - tepelná vodivost - pevnost v tlaku - trvanlivost - žáruvzdornost - vlhkost - nasákavost - mrazuvzdornost - objemová stálost - chemické složení - obsah organických a cizorodých částic - obsah sloučenin síry a chloridů - zdravotní nezávadnost - vliv na životní prostředí Obr. č. 1: Zrno Liaporu 4
2.4 Základní oblasti použití Využití Liaporu ve stavebnictví je poměrně široké. Základní aplikací je volně sypaný Liapor pro výplňové a izolační zásypy a podkladní vrstvy. Další velkou skupinou aplikací jsou lehké betony, které se používají pro monolitické vrstvy a konstrukce, pro výrobu dílců nebo pro vibrolisovací výrobu tvarovek. Další velkou oblastí použití jsou lehké malty. Objevují se stále nové aplikace Liaporu, jako substráty pro hydroponické pěstování rostlin, filtrační zásypy, výplně absorpčních zón, vrstvy a prvky pojené jinými pojivy než cementem atd.[3] 3 Ověření fyzikálních vlastností lehkého kameniva Kamenivo pro lehké betony je pórovité s objemovou hmotností do 2000 kg.m -3, nebo jeho sypná hmotnost nepřesahuje 1200 kg.m -3. Liapor (dříve označován jako Keramzit) se vyrábí ze snadněji tavitelných jílů, které v žáru nadýmají. Plyny vzniklé uvnitř granule nemohu uniknout přes slinutý, zatavený povrch granule, který se nachází v pyroplastickém stavu, a svou teplotní roztažností zvětšuje objem granulí, tj. zvyšují pórovitost střepu. [2] Pro ověření fyzikálních vlastností lehkého kameniva jsem pro tuto práci zvolila frakce 1-4/500, 1-4/625, 4-8/350 a 4-8/650. Uvedené frakce byly zkoušeny dle normy ČSN EN 1097 Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva. 3.1 Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti Objemová hmotnost a nasákavost byla stanovena dle normy ČSN EN 1097-6 Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti. Zjištěné hodnoty objemové hmotnosti a nasákavosti jednotlivých frakcí jsou uvedeny v tab. č. 1. Tab. č. 1: Objemová hmotnost a nasákavost kameniva Velikost zrn [mm] 4-8/350 4-8/650 Objemová hmotnost kameniva [Mg.m -3 ] 0,723 1,037 Nasákavost vodou [%] 20,2 19 3.2 Stanovení zrnitosti sítový rozbor Stanovení zrnitosti sítový rozbor byl stanoven dle normy ČSN EN 933-1. Byly navrženy 3 záměsi s různým procentuálním složením kameniva pro čerstvý beton. Sítový rozbor byl proveden také pro navržené 3 záměsi s následujícím složením kameniva, viz tab č. 3: A 0-2 (45%) 1-4/500 (15%) 4-8/350(40%) B 0-2 (45%) 1-4/625 (15%) 4-8/650(40%) C 0-2 (53,6%) 1-4/625 (23,4%) 4-8/650(23%) 5
Tab. č. 2: Sítový rozbor jednotlivých frakcí kameniva Síto [mm] 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 Σ 1-4/500 [g] 0,1 0,1 0,1 2 44,6 499,5 269,9-816,2 1-4/625 [g] 0,7 1,0 10,3 112 284,7 87,9 2,4-499,3 4-8/350 [g] 0,1 0,1 0,1 0,1 2 15,8 475 6,7 499,9 4-8/650 [g] 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 7,5 355,4 28,5 392 1-4/500 [%] 0 0,01 0,02 0,03 0,33 5,83 67,03-100 1-4/625 [%] 0 0,21 0,41 2,47 24,9 81,92 99,52-100 4-8/350 [%] 0 0,25 0,5 0,75 1 1,5 3,66 98,66 100 Hmotnost Hmotnostní podíl Propad sítem 4-8/650 [%] 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,13 2,06 92,73 100 1-4/500 [%] 0,01 0,01 0,01 0,3 5,5 61,2 32,97-100 1-4/625 [%] 0,21 0,2 2,06 22,43 57,02 17,6 0,48-100 4-8/350 [%] 0,025 0,025 0,025 0,025 0,4 3,16 95 1,34 100 4-8/650 [%] 0,02 0,02 0,02 0,02 0,05 1,93 90,67 7,27 100 Tab. č. 3: Sítový rozbor směsí kameniva Síto mm 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 Σ A [g] 1,2 12,5 65,5 114,4 185,5 235,7 343,9 41,3 1000 B [g] 2,7 15,3 77,5 158 180,3 133,2 405,7 27,3 1000 Hmotnost Hmotnostní podíl Propad sítem C [g] 4,3 19,4 77 178,3 268,3 170,8 262,1 19,8 1000 A [%] 0 0,12 1,37 7,92 19,36 37,91 61,48 95,87 100 B [%] 0 0,27 1,8 9,55 25,35 43,38 56,7 97,27 100 C [%] 0 0,43 2,37 10,01 27,9 54,73 71,81 98,02 100 A [%] 0,12 1,25 6,55 11,44 18,55 23,57 34,39 4,13 100 B [%] 0,27 1,53 7,75 15,8 18,03 13,32 40,57 2,73 100 C [%] 0,43 1,94 7,7 17,83 26,83 17,08 26,21 1,98 100 Zrnitostní křivky zjištěné sítovým rozborem uvedeným v tab. č. 3, které byly navrženy pro 3 různé záměsi s různým procentuálním složením kameniva jsou porovnány v grafu č. 1. 120 Hmotnostní podíl [%] 100 80 60 40 20 0 mm 0,125 0,5 2 8 A B C Velikost síta Graf č. 1: Zrnitostní křivky rozdílného procentuálního složení kameniva 3.3 Stanovení sypné hmotnosti kameniva Stanovení sypné hmotnosti kameniva se řídí dle normy ČSN EN 1097-3. 6
Tab. č. 4: Sypná hmotnost a mezerovitost volně sypaného i setřeseného kameniva Velikost zrna [mm] 1-4/500 1-4/625 4-8/350 4-8/500 Sypná hmotnost volně sypaného kameniva [Mg.m -3 ] 0,506 0,7126 0,34 0,71 Mezerovitost volně sypaného kameniva [%] 42,2 32 52,9 48,2 Sypná hmotnost setřeseného kameniva [Mg.m -3 ] 0,5726 0,8293 0,4135 0,755 Mezerovitost setřeseného kameniva [%] 34,56 21 42,8 44,89 Stejné zkoušky byly provedeny pro vybranou skladbu kameniva, která byla navržena do čerstvého betonu. Navržená skladba se skládá z frakcí 0-2 (45%), 1-4/500 (15%) a 4-8/350 (40%) a přidaného množství drátků RL 45/35 BN (50 kg.m -3 a 75 kg.m -3 ). Tab. č. 5: Sypná hmotnost a mezerovitost volně sypaného kameniva s drátky Skladba kameniva Bez drátků 50 [kg.m -3 ] [75 kg.m -3 ] Sypná hmotnost volně sypaného kameniva [Mg.m -3 ] 0,759 0,771 0,775 Mezerovitost volně sypaného kameniva [%] 44,2 45,3 45,99 Sypná hmotnost setřeseného kameniva [Mg.m -3 ] 0,859 0,897 0,899 Mezerovitost setřeseného kameniva [%] 36,48 36,8 37,35 Z uvedených výsledků vyplývá, že s nárůstem sypné hmotnosti volně sypaného kameniva dochází k nárůstu jeho mezerovitosti. Naopak u setřeseného kameniva dochází při narůstající sypné hmotnosti k poklesu mezerovitosti. 4 Návrh receptur čerstvého Liaporbetonu 4.1 Složky Liaporbetonu Kamenivo zaujímá 75 až 80 % objemu betonu a jeho hlavní funkcí je vytvoření pevné kostry betonu s minimální mezerovitostí. Proto obsahuje různě veliká zrna ve vhodném poměru. Kamenivo je přírodní nebo umělá, převážně anorganická, zrnitá látka určená pro stavební účely velikosti zrna do 125 mm.[2] Lehké kamenivo bylo popsáno v kapitole 3. Cement je nejvíce rozšířeným a používaným pojivem ve stavebnictví. Vedle kameniva představuje další základní složku betonu. V této práci byl použit portlandský cement CEM I 42,5 R z firmy Cement Hranice, a. s. Základní vlastnosti tohoto cementu budou uvedeny v tab. č. 6. Pro ověření vlastností cementu byly provedeny následující zkoušky: - stanovení pevnosti cementu dle ČSN EN 196-1 - stanovení normální hustoty cementové kaše dle ČSN EN 196-3 - stanovení dob tuhnutí cementové kaše dle ČSN EN 196-3 Tab. č. 6: Základní vlastnosti cementu CEM I 42,5 R Zkouška Pevnost v tlaku Pevnost v ohybu Po 24 hodinách [MPa] 25,89 3,63 Po 3 dnech [MPa] 28,73 5,194 Po 7 dnech [MPa] 34,62 6,05 Po 28 dnech [MPa] 55,86 7,96 Normální hustota cementové kaše 132 g vody + 500 g cementu Počátek tuhnutí cementové kaše 1 hod 55 min Konec tuhnutí cementové kaše 3 hod 15 min 7
Voda v betonářské technologii plní dvě funkce. První je funkce hydratační, kde voda podmiňuje hydrataci cementu a tak spolu s cementem vytváří tuhou strukturu cementového kamene. Druhá funkce je reologická, kde voda umožňuje vytvoření tvárného čerstvého betonu ve spojení s jeho složkami. Technologicky vodu rozdělujeme na záměsovou (musí odpovídat požadavkům ČSN EN 1008) a ošetřovací (je nezbytná k udržování betonu ve vlhkém stavu). Přísady jsou chemické sloučeniny, které se přidávají do betonu během míchání v množství do 5 % hmotnosti cementu. Je zpracována norma ČSN EN 934-2 Přísady do betonu, malty a injektážní malty část 2: Přísady do betonu definice a požadavky, která se jimi zabývá.[2] Superplastifikačními přísadami jsou látky, které mají silně ztekuťující účinek, ale pouze na časově omezenou dobu. Svými účinky výrazně převyšují účinky přísad plastifikačních.[4] Pro tuto práci byly použity superplastifikátory firmy Woermann Bohemia Woerment FM 787 a Woerment FM 794. Rozptýlená výztuž - drátky je systém náhodně prostorově rozmístěných vláken v betonu, jejíž úlohou je změna křehkého charakteru betonu a vytvoření tvárného konstrukčního materiálu s omezenými deformacemi smrštěním. [2] V této práci byly použity ocelové drátky DRAMIX RL 45/35 BN v množství 50 kg.m -3 a 75 kg.m -3. 4.2 Návrh složení čerstvého Liaporbetonu K navržení jednotlivých receptur čerstvého Liaporbetonu byl použit počítačový program firmy Woermann Bohemia. Požadovaná třída betonu je LC 25/28. Cílem bylo navrhnout 3 základní receptury, které se odlišovaly zrnitostní skladbou kameniva, objemovou hmotností kameniva, typem použitého superplastifikátoru a množstvím přidávaných drátků. Složení jednotlivých směsí je uvedeno v tab. č. 7. Základní složky použité pro navržené receptury k výrobě Liaporbetonu jsou: - kamenivo frakcí : 0,2, 1-4/500, 1-4/625, 4-8/350 a 4-8/650 - cement portlandský CEM I 42,5 R - voda pitná - drátky DRAMIX RL 45/35 BN v množství 50 kg.m -3 a 75 kg.m -3 - superplastifikátory firmy Woermann Bohemia FM 787 a FM 794 Tab. č. 7: Složení čerstvého Liaporbetonu Složení betonu A1 A2 B1 B2 C1 Cement CEM I 42,5 R [kg.m 3 ] 420 420 420 420 440 Kamenivo frakce 0-2 [kg.m 3 ] 819 819 819 819 941 Kamenivo frakce 1-4/500 [kg.m 3 ] 95 95 - - - Kamenivo frakce 1-4/625 [kg.m 3 ] - - 143 143 215 Kamenivo frakce 4-8/350 [kg.m 3 ] 226 226 - - - Kamenivo frakce 4-8/650 [kg.m 3 ] - - 381 381 211 Voda [kg.m 3 ] 113 113 113 113 133 Superplastifikátor FM 787 [kg.m 3 ] - 6,3-6,3 - Superplastifikátor FM 794 [kg.m 3 ] 6,3-6,3-5,06 8
5 Příprava a zkoušení čerstvého Liaporbetonu Pro tuto práci byly navrženy 3 základní receptury, které se odlišují zrnitostní skladbou kameniva, typem použitého superplastifikátoru, objemovou hmotností kameniva a množstvím přidaných drátků. Bylo namícháno 14 různých záměsí o celkovém množství 98 zkušebních těles. Z každé záměsi bylo vyrobeno 7 zkušebních těles. Složení jednotlivých záměsí je uvedeno v tab. č. 7. 5.1 Výroba čerstvého Liaporbetonu Míchání čerstvého Liaporbetonu a pozdější zkoušení vzorků probíhalo v laboratoři stavebních hmot FAST VŠB-TU Ostrava. Všechny složky byly dávkovány váhově. Po nadávkování všech frakcí kameniva se do míchačky přidal cement a následně účinná voda. Doba míchání byla 2 minuty. Superplastifikátor se přidával až po zamíchání kameniva s účinnou vodou, aby se nekontrolovaně nevsákl do Liaporu. Minimální doba míchání lehkého betonu po přidání superplastifikátoru byla 60 sekund.[3] 5.2 Zkoušení čerstvého Liaporbetonu Po namíchání čerstvého Liaporbetonu se jeho vlastnosti ověřovaly třemi způsoby. Byly to zkoušky: - rozlitím dle ČSN EN 12350-5 - obsah vzduchu v čerstvém betonu dle ČSN EN 12350-7 - objemová hmotnost čerstvého betonu dle ČSN EN 12350-6 Výsledné vlastnosti čerstvého Liaporbetonu jsou uvedeny v tab. č. 8. U záměsí s drátky se zkoušky čerstvého Liaporbetonu neprováděly. Následně se čerstvý Liaporbeton naplnil do forem vymazaných separačním prostředkem a zhutnil se. Použily se formy tvaru krychle o rozměrech 150x150x150 mm. Zkušební tělesa byla ve formách po dobu 24 hodin při teplotě 20 C a následně se odformovala. Byla popsána a uložena do vodní lázně o teplotě 20 C. Tab.č.8: Vlastnosti čerstvého Liaporbetonu Stupeň rozlití Obsah vzduchu Třída objemové [%] hmotnosti A1 F3 3,6 D 2,0 A2 F3 3,6 D 1,8 B1 F4 3,8 D 2,0 B2 F3 3,6 D 2,0 C1 F3 3,8 D 2,0 6 Zkoušení ztvrdlého Liaporbetonu Za základní porovnávací zkoušky pro ověření mechanických vlastností Liaporbetonu byly použity zkoušky pevnosti v tlaku a pevnosti v příčném tahu. Zkoušky byly prováděny v laboratoři stavebních hmot FAST VŠB-TU Ostrava na lisech firmy BetonSystem, spol. s r. o. 9
Pro zkoušení ztvrdlého Liaporbetonu bylo namícháno 14 záměsí s celkovým počtem 98 zkušebních těles. 11 záměsí sloužilo pro zkoušení pevnosti v tlaku a zbývající 3 záměsi byly určeny pro zkoušení pevnosti v příčném tahu. Z každé záměsi bylo vyrobeno 7 zkušebních těles. 3 zkušební tělesa z každé záměsi byla zkoušena po 7 dnech, další 3 zkušební tělesa byla zkoušena po 28 dnech a poslední zkušební těleso z každé záměsi bylo ponecháno k vyschnutí. Tělesa vysychala do ustálené hmotnosti 56 dní ± 2 dny. Díky pórovité struktuře kameniva dochází k postupnému uvolňování vody ze zrn a tím k narůstající pevnosti Liaporbetonu. Při vysychání docházelo ke ztrátám vody a tím k následné změně objemové hmotnosti. Objemová hmotnost se po 56 dnech v průměru snížila o 4,1 %. Zkoušky byly prováděny na zkušebních tělesech o rozměrech 150x150x150 mm. Po 24 hodinovém tuhnutí byla zkušební tělesa uložena do vodní lázně o teplotě 20 C tak, aby voda měla přístup ke všem stranám zkušebních těles. Po vyjmutí z vodní lázně byly vzorky osušeny, poté se vzorky zvážily a přeměřily pro výpočet pevností. Výsledná hodnota byla určena z průměru pevností tří zkušebních krychlí. 6.1 Zkouška pevnosti Liaporbetonu v tlaku Pro zjištění tlakové pevnosti Liaporbetonu zkouškou pevnosti v tlaku bylo namícháno 11 záměsí s celkovým počtem 77 zkušebních krychlí. Z každé záměsi bylo vyrobeno 7 zkušebních krychlí. Zkouška pevnosti v tlaku byla provedena dle normy ČSN EN 12390-3. Zkušební postup: Před začátkem zkoušky se z povrchu tělesa otře voda a odstraní se všechny zbytky uvolněného materiálu z povrchu tlačných ploch. Krychle se do zkušebního lisu osadí tak, aby směr zatěžování byl kolmý na směr ukládání betonu. Pro výpočet pevnosti v tlaku f c [N.mm -2 ] platí vztah: F f c = [N.mm -2 ] (1) Ac F maximální zatížení [N] A c plocha těles [mm 2 ] Vypočtené průměrné hodnoty krychelných pevností a nárůstu pevností v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru jsou uvedeny v tab. č. 9 a v závislosti na množství přidaných drátků jsou uvedeny v tab. č. 10. Tab. č. 9: Průměrné krychelné pevnosti v tlaku a nárůst pevností v závislosti na typu použitého superplastifikátoru Pevnost v tlaku [MPa] Nárůst pevnosti [%] 7 dnů 28 dnů 56 dnů 28 dnů 56 dnů A1 30,0 34,5 36,5 15 21,7 A2 22,5 24,5 28,0 8,9 24,4 B1 29,0 34,5 38,5 19 32,8 B2 30,0 31,5 33,5 5 11,7 Pevnost Liaporbetonu v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru je znázorněn v grafu č. 2, nárůst pevností Liaporbetonu v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru je znázorněn v grafu č. 3. 10
40 Pevnost v tlaku [Mpa] 30 20 10 0 A1 A2 B1 B2 Po 7 dnech Po 28 dnech Po 56 dnech Graf č. 2: Pevnost v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru 35 Nárůst pevnosti v tlaku [%] 30 25 20 15 10 5 0 A1 A2 B1 B2 Nárůst pevností v tlaku [%] 28 dnů Nárůst pevností v tlaku [%] 56 dnů Graf. č. 3: Nárůst pevností v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru Tab. č. 10: Průměrné krychelné pevnosti v tlaku a nárůst pevností v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků Pevnost v tlaku [MPa] Nárůst pevnosti [%] 7 dnů 28 dnů 56 dnů 28 dnů 56 dnů A1 30,0 34,5 36,5 15,0 21,7 A1 + 50 [kg.m -3 ] drátků 30,0 34,0 38,0 13,3 26,7 A1 + 75[kg.m -3 ] drátků 31,5 34,5 39,5 9,5 25,4 B1 29,0 34,5 38,5 19,0 32,8 B1 + 50[kg.m -3 ] drátků 32,0 37,5 42,5 17,2 32,8 B1 + 75 [kg.m -3 ] drátků 36,0 38,5 43,5 8,5 20,9 C1 31,0 35,0 37,5 12,9 20,97 C1 + 50 [kg.m 3 ]drátků 34,5 37,5 44,5 8,7 29,0 C1 + 75 [kg.m 3 ]drátků 36,5 39,5 45,5 8,2 24,7 Pevnosti Liaporbetonu v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků je znázorněn v grafu č. 4, nárůst pevností Liaporbetonu v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků je znázorněn v grafu č.5. 11
Pevnost v tlaku [MPa] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Po 7 dnech Po 28 dnech Po 56 dnech A1 A1 + 50 A1 + 75 B1 B1 + 50 B1 + 75 C1 C1 + 50 C1 + 75 Graf č. 4: Pevnost Liaporbetonu v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků Nárůst pevností v tlaku [%] 35 30 25 20 15 10 5 0 A1 A1 + 50 A1 + 75 B1 B1 + 50 B1 + 75 C1 C1 + 50 C1 + 75 Nárůst pevností v tlaku [%] 28 dnů Nárůst pevností v tlaku [%] 56 dnů Graf č.5: Nárůst pevností v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků 6.2 Zkouška pevnosti Liaporbetonu v příčném tahu Pro zjištění tahové pevnosti Liaporbetonu zkouškou pevnosti v příčném tahu byly namíchány 3 záměsi s celkovým počtem 21 zkušebních krychlí. Z každé záměsi bylo vyrobeno 7 zkušebních krychlí. Pro tuto zkoušku byla zvolena záměs B1, viz. tab. č. 7, která vykazovala velmi dobré pevnosti v tlaku, viz. tab. č. 9. Zkouška pevnosti v příčném tahu byla provedena dle normy ČSN EN 12390-6. Zkušební postup: Před začátkem zkoušky se z povrchu tělesa otře voda a odstraní se všechny zbytky uvolněného materiálu z povrchu tlačných ploch. Krychle se do zkušebního lisu osadí tak, aby směr zatěžování byl kolmý na směr ukládání betonu. Pro výpočet pevnosti v příčném tahu P [N.mm -2 ] platí vztah: 2 F P = [N.mm -2 ] (2) π l d 12
F síla zaznamenaná zkušebním lisem při vzniku trhliny způsobené příčným tahem l rozměr krychle ve směru rovnoběžném se směrem zatížení d rozměr krychle rovnoběžný se směrem hutnění Vypočtené průměrné hodnoty krychelných pevností v příčném tahu a nárůst pevností v příčném tahu jsou uvedeny v tab. č. 1. Tab. č. 11: Průměrné krychelné pevnosti a nárůst pevností v příčném tahu Pevnost v příčném tahu [MPa] Nárůst pevnosti [%] 7 dnů 28 dnů 56 dnů 28 dnů 56 dnů B1 2,5 3,0 3,5 20,0 36,7 B1 + 50 [kg.m -3 ] drátků 3,0 3,5 4,0 16,7 31,0 B1 + 75 [kg.m -3 ] drátků 3,5 4,0 4,5 14,3 26,8 Pevnost Liaporbetonu v příčném tahu v závislosti na množství použitých drátků je znázorněn v grafu č. 6, nárůst pevností Liaporbetonu v příčném tahu je znázorněn v grafu č.7. Pevnost v příčném tahu [MPa] 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 B1 B1 + 50 B1 + 75 Pevnost v příčném tahu [MPa] Po 7 dnech Pevnost v příčném tahu [MPa] Po 28 dnech Pevnost v příčném tahu [MPa] Po 56 dnech Graf č.6: Pevnost v příčném tahu Liaporbetonu po přidání drátků 40 Nárůst pevností v příčném tahu [%] 30 20 10 0 B1 Nárůst pevností v příčném tahu [%] Po 28 dnech Nárůst pevností v příčném tahu [%] Po 56 dnech B1 + 50 B1 + 75 Graf. č.7: Nárůst pevností v příčném tahu 13
7 Vyhodnocení zkoušení ztvrdlého Liaporbetonu Všechny betonové směsi byly navrženy pro pevnostní třídu lehkého betonu LC 25/28. Pro vyhodnocení výsledků pevností lehkého betonu v tlaku i v příčném tahu bylo použito kritérium shody dle normy ČSN EN 206-1. 7.1 Vyhodnocení výsledků pevnosti Liaporbetonu v tlaku Pro vyhodnocení výsledků v tlaku jsem použila kritérium shody dle normy ČSN EN 206-1. Shoda pevnosti betonu v tlaku se posuzuje z výsledků zkoušek zkušebních těles zkoušených ve stáří 28 dnů. Aby kritérium shody bylo splněno musí platit vztahy: Kritérium 1: f cm > f ck + 4 [N.mm -2 ] (3) Kritérium 2: f ci > f ck 4 [N.mm -2 ] (4) f cm průměrná krychelná pevnost betonu v tlaku [N.mm -2 ] f ci krychelná pevnost betonu v tlaku jednotlivých vzorků [N.mm -2 ] f ck minimální charakteristická krychelná pevnost v tlaku [N.mm -2 ] Pro lehký beton třídy LC 25/28 je minimální charakteristická krychelná pevnost v tlaku f ck = 28 N.mm -2. Výsledky kritéria shody pro pevnost v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru jsou uvedeny v tab. č.12 a výsledky kritéria shody pro pevnost v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků jsou uvedeny v tab. č. 13. Tab. č. 12: Kritérium shody pro pevnost v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru Pevnost v tlaku [N.mm -2 ] f cm > 32,0 f cmi > 24,0 f ci > 24,0 f ci > 24,0 Kritérium shody A1 34,5 34,0 33,5 35,5 SPLŇUJE A2 24,5 23,5 25,0 24,5 NESPLŇUJE B1 34,5 34,0 35,0 34,5 SPLŇUJE B2 31,5 31,5 32,0 30,5 NESPLŇUJE Tab. č. 13: Kritérium shody pro pevnost v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků Pevnost v tlaku [N.mm -2 ] f cm > 32,0 f ci > 24,0 f ci > 24,0 f ci > 24,0 Kritérium shody A1 + 50[kg.m -3 ] drátků 34,0 34,0 33,5 34,0 SPLŇUJE A1 + 75[kg.m -3 ] drátků 34,5 34,0 34,5 34,5 SPLŇUJE B1 + 50[kg.m -3 ] drátků 37,5 38,0 37,0 38,0 SPLŇUJE B1 + 75[kg.m -3 ] drátků 39,0 39,5 39,5 38,0 SPLŇUJE C1 35,0 35,0 35,0 34,5 SPLŇUJE C1 + 50[kg.m -3 ] drátků 37,5 37,0 37,0 38,0 SPLŇUJE C1 + 75[kg.m -3 ] drátků 39,5 40,5 39,0 39,5 SPLŇUJE Ze získaných průměrných hodnot pevností v tlaku byly vyvozeny tyto závěry: nejvyšší pevnost v tlaku vykázala záměs C1 (procentuální zastoupení kameniva: 53,6 % 0-2, 23,4% 1-4/625 a 23% 4-8/650 a s přídavkem superplastifikátoru firmy Woermann Bohemia FM 794), po 28 dnech dosáhla pevnosti v tlaku 35 MPa, viz. tab. č. 10 nejvyšší nárůst pevnosti v tlaku byl u záměsi B1 (procentuální zastoupení kameniva: 45% 0-2, 15% 1-4/625, 40% 4-8/650 a s přídavkem superplastifikátoru firmy Woermann Bohemia FM 794), kde došlo k nárůstu o 19% viz. tab. č. 9 14
u všech záměsí se s přidáním různého množství drátků (50 kg.m -3 a 75 kg.m -3 ) pevnost v tlaku zvýšila po přidání 50 kg.m -3 vykázaly nejvyšší pevnost záměsi B1 a C1, viz. tab. č. 10 po přidání 50 kg.m -3 došlo k nejvyššímu nárůstu pevnosti u záměsi B1. Došlo k nárůstu o 17,2%, viz tab. č. 10 po přidání 75 kg.m -3 vykázala nejvyšší pevnost záměs C1 po přidání 75 kg.m -3 vykázala nejvyšší nárůst pevnosti záměs A1 (procentuální zastoupení kameniva: 45% 0-2, 15% 1-4/500, 40% 4-8/350 a s přídavkem superplastifikátoru firmy Woermann Bohemia FM 794). Došlo k nárůstu o 9,5%, viz tab. č. 10 záměsi A2 (procentuální zastoupení kameniva: 45% 0-2, 15% 1-4/500,40% 4-8/350 s přídavkem superplastifikátoru firmy Woermann Bohemia FM 787) a B2 (procentuální zastoupení kameniva: 45% 0-2, 15% 1-4/625, 40% 4-8/650 a s přídavkem superplastifikátoru firmy Woermann Bohemia FM 787) nevyhověly kritériu shody pro pevnost v prostém tlaku, viz. tab. č. 12 7.2 Vyhodnocení výsledků pevnosti Liaporbetonu v příčném tahu Pro vyhodnocení výsledků Liaporbetonu v příčném tahu bylo použito kritérium shody dle normy ČSN EN 206-1. Shoda pevnosti betonu v příčném tahu se posuzuje ve stáří 28 dnů. Aby kritérium shody bylo splněno musí platit vztahy: Kritérium 1: f tm > f tk + 0,5 [N.mm -2 ] (5) Kritérium 2: f ti > f tk 0,5 [N.mm -2 ] (6) f tm průměrná krychelná pevnost betonu v tlaku [N.mm -2 ] f ti krychelná pevnost betonu v tlaku jednotlivých vzorků [N.mm -2 ] f tk minimální charakteristická krychelná pevnost v tlaku [N.mm -2 ] Pro beton LC 25/28 je hodnota f tk = 2,2 N.mm -2. Uvedená hodnota f tk byla odvozena dle normy ENV 1992-1-4. Výsledky kritéria shody pro pevnost Liaporbetonu v příčném tahu v závislosti na množství přidaných drátků jsou uvedeny v tab. č. 14. Tab. č. 14: Kritérium shody pro pevnost v příčném tahu f tm > 2,7 Pevnost v příčném tahu [N.mm f ti > 1,7 f ti > 1,7 f ti > 1,7 Kritérium shody B1 3,0 3,0 3,0 2,5 SPLŇUJE B1 + 50[kg.m -3 ] drátků 3,5 3,0 3,0 4,0 SPLŇUJE B1 + 75[kg.m -3 ] drátků 4,0 4,0 4,0 3,5 SPLŇUJE 8 Závěr Cílem práce bylo ověření vlivu lehkého kameniva (Liapor) s různou objemovou hmotností, procentuálním zastoupením a se dvěma typy použitých superplastifikátorů na mechanické vlastnosti betonu. Pro ověření vlivu drátků na nárůst pevností bylo přidáváno 50 kg.m -3 a 75 kg.m -3 drátků. 15
Výsledky zkoušek: i B vykázali vyšší pevnosti než záměsi A. Rozdíl pevností je v průměru o 7%. Došlo k tomu v důsledku vyšší sypné hmotnosti použitého kameniva. S narůstající sypnou hmotností se zvyšuje i pevnost zrna Liaporu v tlaku. Nejvyšší pevnost v tlaku vykázala záměs C1 (Pevnost v tlaku po 28 dnech byla 35 MPa). U této záměsi převládalo drobné kamenivo s vyšší sypnou hmotností nad hrubým kamenivem. Nejvyšší nárůst pevnosti v tlaku vykázala záměs B1. K nárůstu pevnosti došlo o 19 %. Tato záměs měla také nejvyšší objemovou hmotnost a nejlepší zpracovatelnost. Velký vliv na nárůst pevnosti se projevil i v pórovité struktuře kameniva. Při vysychání betonu dochází k postupnému uvolňování vody ze zrn a tím k narůstající pevnosti betonu. Liaporbeton po 56 dnech dosáhl v průměru o 9,5% vyšší pevnosti v tlaku a o 16,7% vyšší pevnosti v příčném tahu. Vliv superplastifikátorů se projevil nejen v počáteční fázi při lepší zpracovatelnosti čerstvého Liaporbetonu, ale také ve výsledných pevnostech Liaporbetonu v tlaku. Vyšších hodnot dosahovali záměsi A1 a B1 se superplastifikátorem FM 794. Vliv drátků na Liaporbeton se projevil nárůstem pevností v příčném tahu i pevností v tlaku. Pevnost v tlaku po přidání 50 kg.m -3 drátků se zvýšila v průměru o 13,0%, po přidání 75 kg.m -3 drátků se pevnost v tlaku zvýšila v průměru o 13,6%. Pevnost v příčném tahu po přidání 50 kg m -3 drátků se zvýšila o 16,7% a po přidání 75 kg m -3. drátků se pevnost v příčném tahu zvýšila až o 33,3%. Doporučení do praxe: C1 s třídou objemové hmotnosti D2,0 vykázala nejlepší hodnoty (pevnost v tlaku po 28 dnech). Přidávání drátků výrazně ovlivňuje pevnost hlavně v příčném tahu (zkoušení proběhlo pouze u záměsi B1). Děkuji Ing. I. Skotnicové Ph.D., za všestrannou pomoc a odborné rady při zpracování této práce. 16
Přílohy Příloha č. 1: Vzorek Liaporbetonu po zkoušce v příčném tahu Příloha č. 2: Vzorek Liaporbetonu po zkoušce v tlaku 17
Příloha č. 3: Vzorek Liaporbetonu s 50kg drátků na 1 m 3 po zkoušce v příčném tahu Příloha č. 4: Vzorek Liaporbetonu s 75kg drátků na 1 m 3 po zkoušce v příčném tahu 18
Seznam literatury [1] ADÁMEK, J., KOUKAL, J., NOVOTNÝ, B.:Stavební materiály, Akademické nakladatelství CERM s.r.o., Brno, 1997, ISBN 80-214-0631-3 [2] PYTLÍK, P.: Technologie betonu, VUT, Brno, 2000, ISBN 80-214-1647-5 [3] TOMIS, V.: Liapor vlastnosti a aplikace, Lias Vintířov 4/2000 [4] Podklady firmy Woermann Bohemia Seznam použitých norem ČSN EN 196-1 Metody zkoušení cementu část1: Stanovení pevnosti cementu, Září 1996 ČSN EN 196-3 Metody zkoušení cementu část3: Stanovení normální hustoty cementové kaše a stanovení dob tuhnutí cementové kaše, Září 1996 ČSN EN 206-1 Beton část1: Specifikace, vlastnosti, výroba, shoda, Září 2001 ČSN EN 933-1 Zkoušení geometrických vlastností kameniva - Stanovení zrnitosti - Sítový rozbor, Červen 1998 ČSN EN 1097-3 Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva část3: Stanovení sypné hmotnosti a mezerovitostí volně sypaného kameniva, Srpen 1999 ČSN EN 1097-6 Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva část6: Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti, Říjen 2001 ČSN EN 12350-5 Zkoušení čerstvého betonu část5: Zkouška rozlitím, Červenec 2000 ČSN EN 12350-6 Zkoušení čerstvého betonu část6: Objemová hmotnost, ČSN EN 12350-7 Zkoušení čerstvého betonu část7: Obsah vzduchu Tlakové metody, Únor 2001 ČSN EN 12390-3 Zkoušení ztvrdlého betonu část3: Pevnost v tlaku zkušebních těles, Září 2002 ČSN EN 12390-6 Zkoušení ztvrdlého betonu část6: Pevnost v příčném tahu zkušebních těles, Květen 2001 ČSN ISO 4103 Beton Klasifikace, konzistence ENV 1992-1-4 Navrhování betonových konstrukcí část1-4: Obecná pravidla Hutný beton s pórovitým kamenivem Seznam tabulek Tab. č. 1 Tab. č. 2 Tab. č. 3 Tab. č. 4 Tab. č. 5 Objemová hmotnost a nasákavost kameniva Sítový rozbor jednotlivých frakcí kameniva Sítový rozbor směsí kameniva Sypná hmotnost a mezerovitost volně sypaného i setřeseného kameniva Sypná hmotnost a mezerovitost volně sypaného i setřeseného kameniva s drátky 19
Tab. č. 6 Základní vlastnosti cementu CEM I 42,5R Tab. č. 7 Složení čerstvého Liaporbetonu Tab. č. 8 Vlastnosti čerstvého Liaporbetonu Tab. č. 9 Průměrné krychelné pevnosti v tlaku a nárůst pevností v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru Tab. č. 10 Průměrné krychelné pevnosti v tlaku a nárůst pevností v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků Tab. č. 11 Průměrné krychelné pevnosti a nárůst pevností v příčném tahu Tab. č. 12: Kritérium shody pro pevnost v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru Tab. č. 13: Kritérium shody pro pevnost v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků Tab. č. 14: Kritérium shody pro pevnost v příčném tahu Seznam obrázků Obr. č. 1 Zrno Liaporu Seznam grafů Graf č. 1: Graf č. 2: Graf č. 3: Graf č. 4: Graf č. 5: Graf č. 6: Graf č. 7: Zrnitostní křivky rozdílného procentuálního složení kameniva Pevnost v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru Nárůst pevností v tlaku v závislosti na typu použitého superplastifikátoru Pevnost Liaporbetonu v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků Nárůst pevností v tlaku v závislosti na množství přidaných drátků Pevnost v příčném tahu Liaporbetonu Nárůst pevností v příčném tahu Seznam příloh Příloha č. 1: Vzorek Liaporbetonu po zkoušce v příčném tahu Příloha č. 2: Vzorek Liaporbetonu po zkoušce v tlaku Příloha č. 3: Vzorek Liaporbetonu s 50kg drátků na 1 m 3 po zkoušce v příčném tahu Příloha č. 4: Vzorek Liaporbetonu s 75kg drátků na 1 m 3 po zkoušce v příčném tahu 20