Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Změna trvanlivosti betonu variantní adicí silikátových příměsí

Datum: 24.2.2014  |  Autor: Ing. Tomáš Stavař, Ing. Michal Stehlík, Ph.D., Ing. Věra Heřmánková, Ph.D., FAST VUT Brno  |  Recenzent: Ing. Petr Tůma, Ph.D., autorizovaný inženýr a soudní znalec

Práce byla zaměřena obecně na zjištění trvanlivostních vlastností betonů z betonového recyklátu. Původní hutné hrubé kamenivo, určené do referenčního betonu, bylo nahrazeno neupraveným betonovým recyklátem, alternativně s příměsí popílku, strusky a mikrosiliky. Referenční i testované záměsi byly vyráběny se dvěma rozdílnými dávkami cementu. Na vzorcích se prováděly tři trvanlivostní testy: propustnost povrchové vrstvy pro vzduch – metoda TORRENT, propustnost povrchové vrstvy pro vodu – metoda ISAT a stanovení hloubky karbonatace fenolftaleinovým testem.

Úvod

Práce byla zaměřena obecně na zjištění trvanlivostních vlastností betonů z betonového recyklátu. Původní hutné hrubé kamenivo, určené do referenčního betonu, bylo nahrazeno neupraveným betonovým recyklátem, alternativně s příměsí popílku, strusky a mikrosiliky. Referenční i testované záměsi byly vyráběny se dvěma rozdílnými dávkami cementu, a to 250 kg/m3 a 450 kg/m3. Na vzorcích se prováděly 3 trvanlivostní testy (propustnost povrchové vrstvy pro vzduch – metoda TORRENT, propustnost povrchové vrstvy pro vodu – metoda ISAT a stanovení hloubky karbonatace fenolftaleinovým testem). Tyto testy byly provedeny s první sadou vzorků po 1 měsíci zrání ve vlhkém uložení (kromě stanovení hloubky karbonatace) a následně po uplynutí dalších 3 měsíců laboratorního uložení v prostředí 0,03 % CO2 a nutného vysušení. U druhé sady vzorků byly provedeny stejné zkoušky jako u sady první s tím rozdílem, že krychle byly po 1 měsíci vlhkého uložení umístěny na 3 měsíce do komory s 98 % CO2.

Složení betonové směsi

Tab. 1–2: Navržené receptury
Tab. 1–2: Navržené receptury

Zkušební krychle byly vyráběny dle celkem 5 rozdílných receptur BS. Krychle dle první receptury R1 jsou vyrobeny z referenčního betonu z hrubého kameniva. U druhé receptury R2 jsme provedli pouze náhradu hrubého kameniva za betonový recyklát frakce 0–16 mm.

Receptury R3–R5 jsou založeny také na náhradě hrubého kameniva za recyklát s přídavkem příměsí, přičemž receptura R3 obsahuje 30 % vysokoteplotního popílku z hmotnosti cementu, R4 30 % mleté vysokopecní strusky, R5 10 % průmyslové mikrosiliky. BS pod označením R1–R5 byly vyráběny ve dvou variantách, a to s množstvím cementu 250 kg/m3 a s 450 kg/m3 (dávka příměsí byla pro obojí množství cementu totožná).

Tab. 3–5: Navržené receptury
Tab. 3–5: Navržené receptury
 

Výsledky měření

1) Měření permeability přístrojem TORRENT
Obr. 1: Graf vlivu CO₂ na propustnost betonu pro vzduch
Obr. 1: Graf vlivu CO2 na propustnost betonu pro vzduch

Měření bylo rozděleno do dvou etap. V první etapě měření propustnosti proběhlo na tělesech první a druhé sady po 1 měsíci ve vlhkém uložení a byly zaznamenány výsledky. V druhé etapě se měření provedlo po 4 měsících s první sadou (4 měsíce uloženo v laboratorním prostředí s 0,03 % CO2) a současně i druhou sadou krychlí (1 měsíc ve vlhkém uložení + 3 měsíce v prostředí 98 % CO2) a také byly zaznamenány výsledky k pozdějšímu porovnání.

Vyhodnocení výsledků propustnosti betonu pro vzduch metodou TORRENT:

Po 4 měsících uložení v prostředí 0,03 % CO2 je pozoruhodné, že hodnoty propustnosti se jen velmi málo liší u betonu z přírodního kameniva od propustnosti betonu z betonového recyklátu. Horší hodnoty vykazují příměsi popílku a mikrosiliky. Avšak celkově vyšší dávka cementu propustnost betonu snížila, a to z důvodu většího podílu jemných částic, které lépe vyplnily póry a mezery v cementovém kameni [3].

Uložení 1 měsíc ve vlhkém prostředí + 3 měsíce v CO2 značně ovlivnilo propustnost. U záměsí s dávkou cementu 250 kg/m3 adice popílku a strusky výrazně propustnost snížila, avšak adice mikrosiliky propustnost razantně zvýšila. Zdá se ale, že množství cementu ve zkarbonatovaném betonu přímo neovlivňuje propustnost povrchové vrstvy pro vzduch, oproti betonu nezkarbonatovanému [1].

Snížení vzduchové propustnosti u těles v prostředí 98 % CO2 s adicí popílku lze vysvětlit tím, že povrchová vrstva je silně zkarbonatována, což potvrzuje i poměrné zvýšení objemové hmotnosti. Karbonatace způsobuje přeměnu Ca(OH)2 na CaCO3, který ucpává póry cementového kamene, a tím se snižuje propustnost pro vzduch [5].

2) Měření povrchové nasákavosti přístrojem ISAT
Obr. 2: Graf vlivu CO₂ na počáteční povrchovou nasákavost
Obr. 2: Graf vlivu CO2 na počáteční povrchovou nasákavost

Měření povrchové nasákavosti pro vodu (metoda ISAT ) bylo provedeno na krychlích o rozměrech 150×150×150 mm. Měření bylo rozděleno do dvou etap, stejně jako v případě měření permeability přístrojem TORRENT.

Vyhodnocení výsledků počáteční povrchové nasákavosti betonu metodou ISAT:

Po 4 měsících uložení v prostředí 0,03 % CO2 u dávky cementu 250 kg/m3 vykazoval nejlepší hodnoty beton z přírodního kameniva, i když betony z betonového recyklátu s adicí strusky a mikrosiliky se k těmto hodnotám velmi blížily. Nejhorší povrchovou nasákavost vykazoval beton s adicí popílku.

Tělesa uložená 1 měsíc ve vlhkém prostředí + 3 měsíce v CO2 vykazovala u všech druhů betonů a u obou dávek cementu relativně nižší povrchové nasákavosti ve srovnání s tělesy uloženými v prostředí 0,03 % CO2. Výjimkou byla opět adice mikrosiliky, která tyto hodnoty spíše zvyšovala. U záměsí s dávkou cementu 250 kg/m3 vykazoval beton z recyklovaného betonu bez adice a s adicí strusky velmi dobré hodnoty, avšak ne takové jako beton z kameniva přírodního. Adice popílku a mikrosiliky se v tomto směru neosvědčila, protože vykazovala hodnoty nejhorší. Příměsi hodnoty nasákavostí příliš nevylepšily, spíše v některých případech zhoršily (popílek, mikrosilika). Příčinou je skutečnost, že betony s adicí popílku a mikrosiliky obsahují více jemných částic, což může být jedním z mechanických důvodů zvýšené povrchové nasákavosti [2].

3) Určení hloubky karbonatace fenolftaleinovým testem
Obr. 3: Graf vlivu CO₂ na hloubku karbonatace
Obr. 3: Graf vlivu CO2 na hloubku karbonatace

Zkoumání napadení betonů karbonatací bylo sledováno v jedné etapě, a to na vzorcích uložených souhrnně 4 měsíce v prostředí 0,03 % CO2 a na vzorcích uložených 1 měsíc v prostředí 0,03 % CO2 + 3 měsíce v prostředí 98 % CO2.

Vyhodnocení výsledků hloubky karbonatace fenolftaleinovým testem:

U těles uložených 4 měsíce v prostředí 0,03 % CO2 vykazuje nejnižší hloubku karbonatace beton z přírodního kameniva a naopak je nejhlouběji zkarbonatován beton z betonového recyklátu s 10% adicí mikrosiliky, a to u obou dávek cementu.

U těles uložených 1 měsíc ve vlhkém prostředí + 3 měsíce v CO2 je pozoruhodné, že záměs s dávkou cementu 250 kg/m3 a 30% adicí popílku má výrazně nejvyšší hloubku karbonatace. Zato hloubka karbonatace u betonu s 30% adicí strusky a betonu z betonového recyklátu bez příměsi, je srovnatelná s hloubkou karbonatace betonu z přírodního kameniva. U záměsi s dávkou cementu 450 kg/m3 můžeme říci, že adice 30 % strusky také velmi dobře zabraňuje karbonataci. Naopak adice 30 % popílku a 10 % mikrosiliky karbonataci spíše podporují [4].

Závěr

Povrchová propustnost betonu pro vzduch (metoda TORRENT) se výrazně lišila u betonu, uloženého v přirozené atmosféře (4 měsíce v 0,03 % CO2) a betonu zkarbonatovaného (1 měsíc ve vlhkém uložení + 3 měsíce v prostředí 98 % CO2). U betonu uloženého v přirozené atmosféře vykazovaly nejhorší hodnoty betony s adicí popílku a mikrosiliky, u betonu zkarbonatovaného adice popílku a strusky vykazovaly hodnoty velice dobré, srovnatelné s hodnotami referenčního betonu (beton z přírodního kameniva). Naopak adice mikrosiliky propustnost betonu výrazně zvýšila.

U povrchové propustnosti betonu pro vodu (metoda ISAT) se příměsi příliš nepodílely na snižování propustnosti betonu pro vodu. Adice strusky prakticky neměla žádný vliv na propustnost betonu, který se choval obdobně jako beton z betonového recyklátu bez adice. Adice popílku a mikrosiliky propustnost pro vodu spíše zhoršovaly. Stejně je tomu i u hloubky karbonatace, kdy adice popílku a mikrosiliky karbonataci spíše podporovaly, a naopak adice strusky karbonataci snižovala. U betonu z přírodního kameniva byla karbonatace jasně nejmenší.

Beton z přírodního kameniva vykazoval nejlepší hodnoty ze všech zkoušených vlastností. Jako druhý nejlepší se jeví beton z betonového recyklátu s 30% adicí strusky, který se sice ve fyzikálně-mechanických vlastnostech zdaleka nevyrovná betonu z přírodního kameniva, ale trvanlivostní vlastnosti, zejména povrchová propustnost pro vzduch, se k referenčnímu betonu velmi blíží. Naopak nejhorší varianta se ukázala 10% adice mikrosiliky, která zhoršila všechny zkoušené vlastnosti.

Tento příspěvek vznikl za podpory GAČR 13-18870S „Hodnocení a predikce trvanlivosti povrchové vrstvy betonu“.

Literatura

  • 1] SEBÖK, T.: Přísady a přídavky do malt a betonů. SNTL, Praha, s. 133–139, 1985
  • [2] ŠAUMAN, Z.: Úvod do obecné fyzikální chemie a základy fyzikální chemie silikátů. SNTL, Praha, s. 39–42 a 50-53, 1965
  • [3] STEHLÍK, M.: Testing the strength of concrete made from raw and dispersion-treated concrete recyclate by addition of additives and admixtures. Journal of Civil Engineering and Management. 2013. 19(1). pp. 107–112. ISSN 1392-3730.
  • [4] STEHLÍK, M.: Accelerated carbonation depth test in an atmosphere of 98% CO2. Engineering Structures and Technologies. 2011. 3(2). pp. 51–55. ISSN 2029-2317.
  • [5] STEHLÍK, M.; NOVÁK, J.: Verification of the effect of concrete surface protection on the permeability of acid gases using accelerated carbonation depth test in an atmosphere of 98% CO2. Ceramics-Silikáty. 2011. 55(1). p. 79–84. ISSN 0862-5468.
 
Komentář recenzenta
Ing. Petr Tůma, Ph.D., autorizovaný inženýr a soudní znalec
Článek se zaměřuje na dnes velmi aktuální téma trvanlivosti konstrukcí, které se projevuje například snahou o prosazení návrhových postupů konstrukcí zohledňujících trvanlivost. Silně je v článku akcentováno rovněž téma recyklace odpadů, které je v současné době hojně diskutované v celé společnosti, nejen ve stavebnictví.
Příspěvek uvádí výsledky experimentálního programu s betonovými směsmi různého složení, přičemž hodnotí vliv recyklátu betonu a vliv vybraných příměsí na tři vlastnosti betonu ovlivňující jeho trvanlivost. Zajímavý je zejména vliv mikrosiliky přidané do směsi s betonovým recyklátem, kdy bylo zjištěno, že urychluje karbonataci betonu a zvětšuje jeho propustnost pro vzduch (po zkarbonatování). To je v protikladu s tím, že mikrosilika je v literatuře obvykle uváděna jako příměs zvyšující hutnost betonu a zvyšující jeho odolnost proti karbonataci. Je jen škoda, že vysvětlení tohoto rozporu se autoři v tomto článku již nevěnují. Využitelnosti tohoto článku pro čtenáře by rovněž napomohla informace o počtu zkušebních těles, na kterých byly jednotlivé hodnoty zjištěny, a rozptyl mezi jednotlivými hodnotami.
Příspěvek ukazuje zajímavé výsledky experimentálního programu zaměřeného na aktuální téma.
English Synopsis
Change in the durability of concrete made of recycled concrete by alternative addition of ceramic admixtures

This work dealing with problematic about durability of concrete, with use of recycled concrete and addition of silica additions. Predominant for resistance of concrete constructions is surface layer, through which aggressive gases and liquids penetrate from surrounding environment. The most important indicator of concrete durability is ability of surface layer transmissions of aggressive substants. In the next part were defined the actual state of surface layer by normal testing methods. The transmissions of surface layer were tested on concrete cubes. Tests for transmissions of air (method TORRENT), of water (method ISAT), of acid gases (dept of carbonation by quick test in 98% CO2) were carried out and also strength tests. Assessment of positive or negative influence of additions and amount of cement on durability and mechanical properties of concrete will be discussed in conclusion.

 

Hodnotit:  

Datum: 24.2.2014
Autor: Ing. Tomáš Stavař, FAST VUT BrnoIng. Michal Stehlík, Ph.D., FAST VUT BrnoIng. Věra Heřmánková, Ph.D., FAST VUT Brno   všechny články autoraRecenzent: Ing. Petr Tůma, Ph.D., autorizovaný inženýr a soudní znalec



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)