beleptet(); ?>
Vasbetonépítés 2004/3

ÖNTÖMÖRÖDŐ BETON,
A BETONTECHNOLÓGIA LEGÚJABB FORRADALMA

3. A MÉSZKŐLISZT ADAGOLÁS HATÁSA A FRISS ÉS a MEGSZILÁRDULT BETONRA

 

A betontechnológia egyik legújabb lehetősége, újdonsága az öntömörödő beton. Ipari alkalmazása a negyedik generációs folyósító adalékszerek (polikarboxilátéter, PCE) megjelenésével egyre szélesebb körű. Sikeres alkalmazásához szükséges, hogy megismerjük, mi is az öntömörödő beton, és milyen kutatási, fejlesztési eredmények segítették az elterjesztését az elmúlt évtizedben. Az öntömörödő beton technológiája nagyfokú megértést és együttműködést kíván a tervező, a beton előállító és a kivitelező között. Az öntömörödő beton egyik érzékeny pontja a finomrész tartalom. A finomrész tartalom, jelen esetben a mészkőliszté, mennyisége és minősége, döntő fontosságú az öntömörödő képesség elérése szempontjából. Jelen cikkben ezzel kapcsolatos kísérleti eredményeket mutatjuk be.

Dr. Zsigovics István

 

Kulcsszavak: beton, öntömörödő beton, nagy teljesítőképességű friss beton, nyomószilárdság, betontervezés

1. BEVEZETÉS

Előző cikkeimben (Zsigovics 2003a, 2003b) összefoglaltam az öntömörödő betonnal kapcsolatos legfontosabb fogalmakat és az öntömörödő frissbetonra vonatkozó vizsgálati módokat, valamint a megszilárdult beton tulajdonságait az irodalomban fellehető kísérleti eredmények alapján.

A nagy hatékonyságú folyósítószerek megjelenése és a beton finomrésztartalmának növekedése mint pl. szilikapor, mészkőliszt adagolás a beton mézszerű viselkedését hozta magával, meglepő módon meghaladva a folyós, önthető betonok „öntömörödő" képességét. Ezzel kiküszöbölhetővé vált a zajos vibrálás, ami munkavédelmi szempontból is fontos tényező a betontechnológiában.

A vizsgálatok során azt tapasztaltuk, hogy a legnehezebb feladat a beton víztartalmának pontos beállítása. Az általunk kidolgozott receptúrák az 5-10 l/m3 vízadagolás-eltérésre már érzékenyek voltak. Ezért kezdtünk el foglalkozni a beton finomrész tartalmának vizsgálatával. A finomrésztartalom mennyisége sokféleképpen szabályozott a beton technológiában. Mind a minimális mennyiséget a dmax függvényében, mind a maximális mennyiséget a cementtartalom függvényében megadják. Ez a megközelítés több oldalról vitatott, ezért ezt öntömörödő betonok esetén kísérletekkel vizsgáltam. Mivel Magyarországon nincs erre a célra alkalmas, jó minőségű pernye vagy kohósalak őrlemény és a szilikapor drága, ezért mészkőliszttel végeztünk kísérleteket (Zsigovics 2002, 2004).

A finomrésztartalom optimális megválasztása döntő jelentőségű az öntömörödő beton szempontjából (König, Holschemacher, Dehn 2001).

Az öntömörödő betonban a lisztfinom szemek mennyisége (cement+0,125 mm alatti szemnagyság) meghaladja az 500kg/m3-t. Ezért érdemes megvizsgálni, hogy a friss beton nagy teljesítőképességéhez szükséges lisztfinom szemcsetartalom milyen hatással van a megszilárdult beton tulajdonságaira. A hagyományos betontechnológiában a nagy finomrész tartalmat (cement+0,25 mm alatti szemnagyság) nem tartják jónak, míg minimális értékét szivattyúzható, vízzáró betonok esetében előírják. A hagyományos betonnál nagy finomrész tartalom esetén a tömörítés során a habarcs felúszik a betonszerkezet

tetejére, úgynevezett túlvibrálás jön létre. Ha viszont nem tömörítjük kellő mértékben a nagy finomrész tartalmú betont, megnő a repedésveszély, csökken a szilárdság, csökken a beton teljesítőképessége.

Az öntömörödő beton esetében ez a veszély éppen az öntömörödő jellegből adódóan nem áll fenn. Az öntömörödés azonban a különböző betonösszetételek esetén nem jelent azonos betonstruktúrát. A betonösszetétel hatással van a levegőtartalomra, ami itt finom légpórus eloszlást jelent, valamint a cementkő és a kavicsváz arányára. Nagy víztartalommal és kevés cementtel is lehet öntömörödő betont készíteni, ami újabb kérdéseket vet fel, többek között a cement teljesítőképességével kapcsolatban (például 170 kg/m3 cementtel C20/25 jelű beton állítható elő).

Nagyon fontos az öntömörödő jelleg biztosítása, ami nem tévesztendő össze az erősen képlékeny, folyós vagy önthető betonok, illetve habarcsok látszólagos „öntömörödésével", félöntömörödő képességével.

Az öntömörödő betonok tervezésére a nemzetközi gyakorlatban van egy kialakult, de nem mindenki által teljesen elfogadott tervezési eljárás (Okamura, Ouchi 2003). A tervezési eljárások betonösszetételeit frissbeton vizsgálatokkal pontosítani kell, hogy a beton öntömörödő jellegét minél jobban elérhessük.

Az öntömörödő beton (amellyel szemben szilárdsági, tartóssági és esztétikai követelmények is vannak,) tervezése során alapvető eszközeink a víz-cement tényező, a finomrész tartalom különböző cementtartalommal mellett a hatékony folyósító adalékszer (PCE), a kavics és a homok mennyiség meghatározása.

Felmerült a kérdés, ha adott a szilárdság szempontjából szükséges víz-cementtényező és az ahhoz tartozó egyéb szempontokat is figyelembe vevő mennyiségű és minőségű cementadagolás (betartva a homokra és kavicsra vonatkozó tervezési irányelveket), jó minőségű negyedik generációs adalékszer adagolási tartományának felső harmadában való adagolása esetén van-e optimális adagolási tartománya a mészkőlisztnek, ami a beton öntömörödő képességét biztosítja? Erre azért is érdemes kísérleteket végezni, mert az öntömörödő beton tervezése során mindig nyitva maradt a kérdés, hogy

mennyi mészkőliszttel lehet jól biztosítani az öntömörödő képességet, és mennyi a minimális, és a vízadagolás ingadozás szempontjából is még megfelelő mészkőliszt mennyiség. Ez gazdasági és a megszilárdult beton tulajdonságait is befolyásoló kérdés. A több finomrész tartalom előnyösen befolyásolja-e mind a friss, mind a megszilárdult beton tulajdonságait?

Ennek kiderítésére végeztünk laboratóriumi vizsgálatokat. Az öntömörödő friss beton tulajdonságain túl vizsgáltuk a megszilárdult beton nyomószilárdságát is.

2. MÉSZKŐLISZTTEL VÉGZETT LABORATÓRIUMI KÍSÉRLETEK

2.1 Mészkőliszt adagolás hatása a friss és megszilárdult beton tulajdonságaira

Az öntömörödő betonok laboratóriumi próbakeverései során az alábbiakban ismertetett jelenséggel találkoztunk, ami a mészkőliszttel való további vizsgálatok fontosságára hívta fel a figyelmünket.

Kísérleti terv 1.:

Egyféle cementtel, egy cementtartalommal, két keverék készítése. Mindkét keveréken négy terülés mérés a keverés után, 30, 60 és 90 perces korban (MSZ EN 12350-5:2000).

Öntömörödő beton receptúrák vizsgálata során a víztartalmat megnöveltük 15 kg/m3-rel, a folyósítószer adagolást lecsökkentettük 2,0%-ról 1,5%-ra, minden mást változatlanul hagyva, hogy egy költségkímélőbb öntömörödő betont állítsunk elő. A beton konzisztenciája 70 cm terülésről 74 cm-re nőtt, de 90 perc múlva 5 cm-rel kisebb volt, mint a kisebb vízadagolású betoné (1. ábra).

A két betonösszetétel az alábbi volt:

 
Cement 340 kg/m3 111 l/m3
Víz 150 kg/m3 150 l/m3
Adalékanyag    
0/4 700 kg/m3  
4/8 520 kg/m3  
8/16 520 kg/m3 659 l/m3
Mészkőliszt 160 kg/m3 59 l/m3 I jelű
Levegő   15 l/m3
Adalékszer „Viscocrete 5" 6,8 kg/m3  
     
Cement 340 kg/m3 111 l/m3
Víz 165 kg/m3 165 l/m3
Adalékanyag    
0/4 700 kg/m3  
4/8 520 kg/m3  
8/16 520 kg/m3 659 l/m3
Mészkőliszt 160 kg/m3 59 l/m3 I jelű
Levegő    15 l/m3
Adalékszer „Viscocrete 5"   5,1 kg/m3

 


1. ábra: Az öntömörödõ beton eltarthatóságának vizsgálata
konzisztenciaméréssel

A vizsgálatokból megállapítható, hogy az öntömörödő beton a gyakorlatban gyakran előforduló 10-15 l/m3 tervezettnél több víz adagolás hatására szétesik, folyós beton lesz belőle. Amíg a hagyományos betonoknál ez a többletvíz adagolás körülbelül egy konzisztenciaosztály növekedést okoz, addig az öntömörödő betonnál szétosztályozódás és blokkolódás a következmény.

A vizsgálatokból az is látszik, hogy a víz és finomrész tartalom arány növekedése kedvezőtlen változásokat okozhat az öntömörödő beton konzisztenciájának eltarthatóságában, éppen akkor, amikor a betont a munkahelyen bedolgozzák.

Ezért nyilvánvaló volt, hogy meg kell vizsgálni a keverék konzisztencia változásának és eltarthatóságának törvényszerűségeit. Mivel alapvetően a víz és finomrész tartalom arány változott, ezért elhatároztuk, hogy egy paraméternek, a mészkőliszt tartalom (finomrész tartalom egyik alkotó eleme) változásának hatását fogjuk vizsgálni, azonos víz és folyósító adalékszer adagolás mellett. Ennek a kérdésnek a megoldását a 0,25 mm alatti ásványi rész optimumának keresésében láttuk. Kerestük azt a tartományt, amelyen belül az adott betonösszetételnél a mészkőliszt adagolás öntömörödő betont biztosít. Adalékszerrel a friss beton stabilitását és konzisztencia eltarthatóságát nem kívántuk megoldani, illetve javítani, mivel az adalékszer gyártó összeállított optimalizált termékét alkalmaztuk, és nem állt szándékunkban még egy másik adalékszert (stabilizáló) használni. A stabilizáló szerek adagolása jelenleg technológiai nehézségekbe ütközik, és az ára sem ösztönzi a felhasználását. Meg kell azonban jegyezni, hogy a stabilizáló adalékszerek fejlesztései (pl. elegyíthetők legyenek a folyósító adalékszerekkel, az öntömörödő betonok stabilizálásának továbbfejlesztési lehetősége), újabb kutatási feladatokat fognak jelenteni.

Mivel a finomrész tartalom növelése a hagyományos betonok esetében az eddigi tapasztalatok szerint, vízigény növekedéssel (többlet adalékszer) és többlet légtartalom bevitelével jár, ezért vizsgáltam ennek hatását az öntömörödő betonokon. Ugyanis az öntömörödő betonok előállításának nélkülözhetetlen eleme a nagy fajlagos felületű kiegészítő anyag, ami a friss betont stabilizálja a bedolgozási idő alatt.

A BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszéken kísérleteket végeztem a mészkőliszt adagolás hatásának megállapítására, amihez először CEM II/A-S 32,5 R jelű cementet használtam. A cél az volt, hogy megállapítsam, milyen hatása van a mészkőliszt tartalom növelésének a friss beton konzisztenciájára és a megszilárdult beton nyomószilárdságára. A további kutatási irányt a kapott eredményektől tettem függővé.

Kísérleti terv 2.:

Három féle cement, cementenként 13 keverék készítése. 13 keveréken négy terülés mérése keverés után, 30, 60, 90 perces korban. A CEM II/A-S 32,5 R jelű cement esetében csak a keverés után mértem meg a terülés értékét.

Keverékenként 3 db 150 mm-es próbatest készítése, a nyomószilárdság vizsgálata 28 napos korban.

Az öntömörödő beton vizsgálatok során a betonösszetétel a következő volt:

 
cement 350 kg/m3  
víz 175 kg/m3 v/c=0,5
adalékanyag 0/4 50%
  4/8 15%
  8/16 35%
mészkőliszt 70-370 kg/m3 I. jelű
folyósító 5,6 kg/m3 1,6%

a cement tömegére vonatkoztatva.


2. ábra: Az adalékanyagok szemmegoszlási görbéi


3. ábra: A mészkõliszt adagolás hatása a konzisztenciára
 

Az előzőekből látható, hogy a mészkőliszt adagolást 350kg/m3 cementadagolás mellett, v/c=0,5 és 1,6%-os „Viscocrete 5 neu" adagolásnál, 70 kg/m3 és 370 kg/m3 között változtattuk.

A konzisztencia és nyomószilárdság vizsgálati eredményeket a 3. és 4. ábrán adtuk meg. A mészkőlisztre vonatkozó adatokat a 2.2 fejezetben ismertetem.

Az eredmények azt mutatták, hogy a mészkőliszt mennyiségének növelésével a friss beton terülési hajlama és a beton nyomószilárdsága, a vizsgált adagolási tartományban, fokozatosan nőtt. A terülés növekedése a teljes vizsgált tartományban 135 mm volt.

Az eredmények meglepőek abból a szempontból, hogy a terülési hajlam és a nyomószilárdság növekedéséhez vezettek.


4. ábra: A mészkõliszt adagolás hatása a nyomószilárdságra
 

A finomrész tartalom növelése jelentős folyósság csökkenéssel kellett volna, hogy járjon. Egy alkalommal véletlenül finom kvarclisztet adagoltunk a mészkőliszt helyett az egyik ipari kísérletnél az öntömörödő betonba és a terülés mértéke jelentős mértékben lecsökkent.

Megállapítható, hogy a mészkőliszt adagolás 70-220 kg/m3-ig javulást okoz mind a terülési hajlam, mind a nyomószilárdság növekedésében. Ennél nagyobb adagolás esetén a terülési hajlam és nyomószilárdság növekedése lassul.

A konzisztencia mérőszáma 70 kg/m3-től 200 kg/m3 adagolásig 14%-kal és 200 kg/m3-től 370 kg/m3-ig 5,4%-kal növekszik.

A nyomószilárdság 70 kg/m3-től 200 kg/m3 adagolásig 30%-ot növekszik és 200 kg/m3-től 370 kg/m3-ig 19%-ot növekszik.

A fenti eredményeket a gyakorlatban alkalmazva technológiailag kevésbé érzékeny, mézszerűbb és stabilabb friss betont kapunk.

E kérdés vizsgálatát azért is tartom fontosnak, mivel a mészkőliszt adagolás növelése ártényező és cementmérlegen adagolva növeli a betonkeverési időt, ezzel csökkenti a betongyár óránkénti kapacitását.

A konzisztencia és a nyomószilárdság kedvező alakulásából önmagában nem derül ki egyértelműen a beton öntömörödő jellege. Ezért a vizsgálatokat más cementtel (CEM I 42,5 N) folytatva kiegészítettem konzisztencia eltarthatósági vizsgálatokkal is (30, 60, 90 perces), mivel a friss beton nagy teljesítőképességének megítéléséhez ez is szükséges. Kerestem a friss beton terülésének és konzisztencia eltarthatóságának az optimumát. Az eredményeket a 5., 6., 7. és 8. ábrán adtam meg.
 


5. ábra: A friss beton konzisztenciájának változása a mészkõliszt adagolás függvényében

 


6. ábra: A beton nyomószilárdságának változása a mészkõliszt adagolás függvényében

   


7. ábra: A friss beton konzisztenciájának és eltarthatóságának változása a mészkõliszt adagolás függvényében

 


8. ábra: A friss beton légtartalmának változása a mészkõliszt tartalom függvényében

 

Az 5. ábrán látható, hogy a friss beton konzisztenciája 250 kg/m3 mészkőliszt adagolásig nőtt, 310 kg/m3-ig jelentősen nem változott, majd csökkent. A konzisztencia növekedés 150 mm volt.

A vizsgált mészkőliszt adagolási tartományban a CEM I 42,5 N jelű cementnél már nem nőtt fokozatosan végig a konzisztencia, mint a CEM II/A-S 32,5 R jelű cement esetében.

A 6. ábrán látható, hogy a beton nyomószilárdsága 250 kg/m3 mészkőliszt adagolásig nőtt, 310 kg/m3-ig jelentősen nem változott, majd utána csökkent. Pontosan követte a konzisztencia változást.

A nyomószilárdság nagyobb arányú növekedése 190 kg/m3 mészkőliszt adagolástól felfelé indul meg.

Ha figyelembe vesszük a konzisztencia eltarthatóságot is, akkor a 7. ábrán látható módon a mészkőliszt adagolás a konzisztenciát csak 250 kg/m3-ig növeli hatékonyan. Utána a konzisztencia eltarthatóság oly mértékben kezd csökkenni, hogy az öntömörödő beton öntömörödő képessége lecsökken. A konzisztencia eltarthatóság 130 kg/m3 mészkőliszt adagolás alatt is csökken, de itt a gondot a friss beton gyors légtelenedése okozza, és a terülési lepényen a blokkolódási és szétosztályozódási hajlam is látszik.

A mészkőliszt adagolás növekedésével a friss beton légtartalma 220 kg/m3-ig kis mértékben, afölött jelentősebb mértékben nő (8. ábra). A vizsgált feltételek mellett általunk optimálisnak tekinthető 250 kg/m3 mészkőliszt adagolásnál a légtartalom 3% volt friss betonon mérve. A légtartalmat a friss beton mért testsűrűségéből számítottuk ki. Használtunk légtartalom mérő készüléket is, de az eredmények csak a nagyobb légtartalom esetében egyeztek a testsűrűségből számított értékekkel.

Az optimálisan adagolható mészkőliszt tartalom az adott vizsgálati feltételek mellett 250 kg/m3-re adódott, mivel a konzisztencia eltarthatóság e fölött kezdett jelentősen lecsökkenni. Nőtt a friss beton légtartalma is. A légtartalom 3 térfogat %-ig nem befolyásolta a nyomószilárdság növekedést, a fölött azonban megállt, majd csökkent a nyomószilárdság is és a konzisztencia is.

A kísérletekből az állapítható meg egyrészt, hogy van technológiailag igazolható felső határ a finomrész tartalomra, másrészt a finomrész tartalom növelése (a megadott értékig) segíti az öntömörödő beton technológiáját a konzisztencia vonatkozásában, illetve növeli a beton szilárdságát, ami jobb tartósságot eredményez, és kedvező lehet a légpórus és a fagyállóság szempontjából is. Ezen utóbbi tulajdonságok javulását természetesen további vizsgálatokkal kell ellenőrizni.

A vizsgálatokból látszik, hogy a tiszta portlandcement (CEM I 42,5 N) más viselkedést eredményezett, mint a kohósalak portlandcement (CEM II/A-S 32,5 R). Ezért a vizsgálatokat elvégeztem nagyobb kiegészítő tartalmú (CEM III/A-MS 32,5 N) cementtel is, hogy ezzel e cement hatását is tisztázhassuk.

A vizsgálati eredményeket a 9. 10. 11. 12. ábrákon adtam meg.

A CEM III/A-MS 32,5 N típusú cementtel készült beton esetén a mészkőliszt adagolás 280 kg/m3-ig javította a terülést, afölött az (gyakorlatilag 370 kg/m3 adagolásig) nem változott.
 


9. ábra: A mészkõliszt adagolás hatása a konzisztenciára

 


10. ábra: A mészkõliszt adagolás hatása a nyomószilárdságra

   


11. ábra: A konzisztencia eltarthatóság a mészkõliszt adagolás
függvényében

 


12. ábra: A mészkõliszt adagolás hatása a légtartalomra

 

Ennek a cementnek az optimuma 30 kg/m3-rel nagyobb mészkőliszt adagolásnál van, mint a CEM I 42,5 N jelű cement esetében, ami 250 kg/m3 volt. A terülés növekedés a vizsgált tartományban 130 mm volt.

A mészkőliszt adagolás a nyomószilárdságot 280 kg/m3-ig növelte, utána lassan csökkenni kezdett. A konzisztencia és nyomószilárdsági maximum azonos mészkőliszt adagolásnál következett be.

A mészkőliszt adagolás 160 kg/m3-ig nagyobb nyomószilárdság növekedést, utána 280 kg/m3-ig kisebb nyomószilárdság növekedést okozott.

Az eltarthatóságot is figyelembe véve az optimumot 280kg/m3 mészkőliszt adagolásnál kaptam az adott kísérleti feltételek mellett. Utána a beton eltarthatósága rohamosan kezdett csökkenni.

A légtartalom a próbatestekben, jelentősebb folyás és mozgás nélkül bedolgozva, a mészkőliszt adagolás függvényében nőtt. A CEM III/A-MS 32,5 N jelű cement alkalmazása nagyobb légtartalmat eredményezett a friss betonban, mint a CEM I 42,5 N jelű cement.

2.2 A mészkőliszt tulajdonságainak hatása az öntömörödő betonra  

Két különböző, kereskedelemben kapható mészkőliszttel végeztem kísérleteket. A mészkőlisztek az alábbi összetétellel és tulajdonsággal rendelkeztek:
 

I jelű
(sárga színű)

II jelű
(fehér színű)

Anyag sűrűség 2,850 g/ml 2,894 g/ml
Fajlagos felület 661 m2/kg 186 m2/kg
(PSZH-4 készülék)    
MSZ 523-2:75 szerint    
CaCO3 tartalom 93,07% 99,12%
     
SiO2 tartalom 2,00% 0,88%
     
Agyag-iszap tartalom 2,00 térfogat %

 -

     

A szemmegoszlási görbéket a 14. ábrán adtam meg.

A kétfajta mészkőliszt felhasználásával az alábbi összetételű betont készítettem és vizsgáltam:

 
Cement   355 kg/m3 116 l/m3
CEM II/A-S 32,5 R      
Víz   156 kg/m3 156 l/m3
Adalékanyag 0/4 837 kg/m3  
  4/8 418 kg/m3  
  8/16 419 kg/m3 634 l/m3
Mészkőliszt   200 kg/m3 74 l/m3
Levegő   15 l/m3  
Adalékszer      
„Viscocrete 5 neu"   5,5 kg/m3 5 l/m3

  Kísérleti terv 3.:

Egyfajta cementtel, kétfajta mészkőliszttel két keverék készítése. A két keveréken terülés mérése a keverés után, 30, 60, 90 és 120 perces korban.

Keverékenként 3 db 150 mm-es próbatest készítése, nyomószilárdság vizsgálata 28 napos korban.

2 db mészkőliszt minta vizsgálata: anyag sűrűség, fajlagos felület, ásványi és oxidos összetétel, szemmegoszlás, agyag iszap tartalom.

Az adalékanyagok szemmegoszlását a 13. ábrán adtam meg.

A konzisztencia eltarthatóságot a 15. ábrán adtam meg.

A nagyobb fajlagos felületű mészkőliszttel készített öntömörödő betonoknak nagyobb volt a kezdeti terülése
100 mm-rel. 120 perc múlva a terülés különbsége lecsökkent 30 mm-re.

Nyomószilárdsági eredmények:
  I jelű minta II jelű minta
7 napos 46,62 N/mm2 35,23 N/mm2
28 napos 54,97 N/mm2 43,01 N/mm2

A nagyobb fajlagos felületű mészkőliszttel készített öntömörödő betonnak 32%-kal 7 napos korban nagyobb lett a nyomószilárdsága, és 28%-kal 28 napos korban.

13. ábra: Az adalékanyagok szemmegoszlási görbéi
 
14. ábra: A mészkõlisztek szemmegoszlási görbéi
   

15. ábra: Kétfajta mészkõliszt adagolás hatása az öntömörödõ beton konzisztencia eltarthatóságára
 
16. ábra: A mészkõliszt vízigényének alakulása azonos konzisztencia esetén

2.3 A mészkőliszt vízigényének vizsgálata cement pépen

A mészkőliszt terülés növelő hatása miatt kezdtem el a mészkőliszt vízigényének a vizsgálatát, hogy választ tudjak adni arra, mi okozza a terülés javulást a már ismert tényezők mellett.

Ezért a mészkőliszt adagolás hatását vizsgáltam cementpépen. A mészkőliszt-cement arányt 0-1,2-ig változtattam. A kísérlet során CEM I 42,5 N jelű cementet, Sika Viscocrete 5 neu folyósító adalékszert és I jelű mészkőlisztet használtam. A kimért mészkőliszt-cement keverékhez mindig annyi vizet adtam hozzá, hogy a terülés a cement tömegére vonatkoztatott 0,3%-os folyósító adalékszer adagolással 170-190 mm között legyen, azaz állandónak lehessen tekinteni. A pépvizsgálatokat úgy építettem fel, hogy a betonban lévő állapotot modellezze. A pépben a cementadagolás, és a folyósító adalékszer adagolás azonos volt.

A pépterülés vizsgálatokat Haegermann kúppal, ejtegetés nélkül végeztük (MSZ 16000-3:1990).

Kísérleti terv 4.:

Egyfajta cementtel és mészkőliszttel hét vizsgálati pont.
A hét vizsgálati pont három méréssorozatból áll.

Az eredményeket a 16. ábrán adtam meg.

A 16. ábrán látható, hogy növekvő mészkőliszt tartalomhoz

azonos konzisztencia esetén növekvő vízigény tartozik. Tehát a terülés növekedés a friss betonban nem magyarázható a mészkőliszt vízigény csökkentő hatásával. A vízigény növekedés a vizsgált tartományban gyakorlatilag lineárisra adódott.

3. A KÍSÉRLETI EREDMÉNYEK KIÉRTÉKELÉSE

3.1 A mészkőliszt hatása a friss beton tulajdonságaira

Azonos víz-cementtényező, folyósító adalékszer és cementadagolás esetén a mészkőliszt adagolással javul az öntömörödő beton terülése, a konzisztencia mérőszáma terüléssel mérve nő (17. ábra).


17. ábra: A mészkõliszt adagolás hatása a különbözõ cementekkel
készített öntömörödõ betonok konzisztenciájára

 

A konzisztencia mérőszám növekedés a CEM I 42,5 N jelű cementnél volt a legnagyobb, mintegy 150 mm. A CEM III/A-MS 32,5 N jelű cement adta a legnagyobb terülési értékeket a vizsgált tartományban végig.

A 700 mm-es terülés eléréséhez a

- CEM I 42,5 N jelű cementnél 130 kg/m3,

- CEM II/A-S 32,5 R jelű cementnél 150 kg/m3,

- CEM III/A-MS 32,5 N jelű cementnél 120 kg/m3 mészkőlisztre volt szükség.

A konzisztencia optimum

- CEM I 42,5 N jelű cementnél 250 kg/m3,

- CEM II/A-S 32,5 R jelű cementnél 250 kg/m3,

- CEM III/A-MS 32,5 N jelű cementnél 280 kg/m3 volt.

A mészkőliszt adagolás felső határa megállapítható konzisztencia és konzisztencia eltarthatóság méréssel.

A mészkőliszt optimális adagolása az adott összetételű friss beton legnagyobb teljesítőképességének eléréséhez, a cement fajtájától is függ. Jelen vizsgálataink során a legjobb eredményt, 280 kg/m3-t a CEM III/A-MS 32,5 N jelű cementtel kaptam.

A konzisztencia növekedés nem a mészkőliszt vízigény csökkentő hatásával magyarázható. A pépkísérleti eredmények alapján a mészkőliszt adagolással a vízigény lineárisan nő, ha a betonban lévő finomrész tartalmat pépként modellezzük, ami azt jelenti, hogy a cementadagolás, víz-cement tényező és a folyósító adalékszer adagolás azonos.

A terülés javulása magyarázható a relatív pépmennyiség és légtartalom növekedésével, a cement és a folyósító adalékszer kölcsönhatásával, valamint a friss beton kismértékben lecsökkent viszkozitásával, ami képes a betont tovább úsztatni a terülésmérés során, azaz a friss beton mézesebb lesz. Ha ez a viszkozitás tovább nő, a mészkőliszt adagolás hatására a konzisztencia mérőszáma csökken és az eltarthatóság is romlik, ami technológiailag működésképtelenné teszi az öntömörödő beton betontechnológiáját. Blokkolódás, ill. elégtelen légtelenedés léphet fel.

Az eredmények összhangban vannak azzal - az irodalomban is megtalálható megállapítással - hogy konzisztencia szempontjából a legjobb eredmények, negyedik generációs adalékszerek alkalmazása esetén, a CEM III és CEM IV jelű nagy kiegészítő-anyag tartalmú (kis hőfejlesztésű, belitben gazdag) cementekkel érhetők el (Nawa, Izumi, Edamatsu, 1998).

A mészkőliszt fajlagos felülete és ásványi összetétele is hat az öntömörödő friss beton tulajdonságaira. Az általunk vizsgált nagyobb fajlagos felületű, SiO2-t és agyag-iszapot tartalmat is tartalmazó I jelű mészkőliszttel 15%-kal nagyobb terülést kaptam, mint a II jelű, kis fajlagos felületű, gyakorlatilag 100% CaCO3 tartalmú mészkőliszttel.

A II jelű mészkőliszttel készített öntömörödő beton konzisztencia eltarthatósága azonban jobb volt, mint az I jelű mészkőliszttel készített öntömörödő betoné.

A friss beton légtartalmát a mészkőliszt adagolás növeli. Az Okamura féle tervezést igazolja, hogy az öntömörödő friss beton légtartalmát 3-5 térfogat %-ra célszerű tervezni. Ugyanakkor kisebb mészkőliszt adagolással, kisebb légtartalmú betonok is előállíthatók. Az öntömörödő betonok légtartalmát természetesen a beton folyása közbeni légtelenedés csökkentheti. Ilyen folyás próbatest készítéskor nem fordul elő, csak a saját súlyánál fogva légtelenedik a beton.

3.2 A mészkőliszt hatása a megszilárdult beton tulajdonságaira

Azonos víz-cement tényező, folyósító adalékszer- és cementadagolás esetén a mészkőliszt adagolás növelése során nő az öntömörödő beton nyomószilárdsága (18. ábra).


18. ábra: A mészkõliszt adagolás hatása az öntömörödõ beton
nyomószilárdságára

 

A nyomószilárdság a 700 mm-es terüléstől kezd meredeken emelkedni, majd a növekedés lelassul, és az optimum pont után csökkenni kezd. A nyomószilárdság a konzisztenciával szoros összefüggésben van a 700 mm-es terülés fölött. Úgy tűnik, van egy pont (jelen kísérlet sorozat esetében 700 mm terülésnél), ahol a beton tulajdonságai nagymértékben javulni kezdenek. Ettől a ponttól kezdve viselkedik a beton öntömörödő betonként, amit szemrevételezéssel is jól megfigyelhettünk a keverék légtelenedési sebessége kapcsán.

A beton jelen kísérleti feltételek mellett, a 700 mm-es terülési ponttól az optimum pontig, öntömörödő betonként, alatta inkább folyós, önthető betonként, az optimum pont fölött azonban technológiailag nem működő betonként viselkedik. Az alsó tartományban a beton légtelenedése nagyon gyors, pezseg a beton.

További eredményként kaptuk, hogy a légtartalom növekedése ellenére a beton nyomószilárdsága nőtt, ami azt jelenti, hogy a többlet légtartalom szilárdságcsökkentő hatását ellensúlyozza a mészkőliszt hidratációt javító hatása.

A mészkőliszt ásványi összetétele és tulajdonságai, főleg fajlagos felülete, befolyásolja az öntömörödő beton szilárdságát is. Jelentős nyomószilárdság különbség adódott a 661 m2/kg és a 186 m2/kg fajlagos felületű mészkőliszt adagolású öntömörödő betonok között. A 28%-os nyomószilárdság különbség azt mutatja, hogy a fajlagos felület fontos tényező a cement hidratációjának növelése során.

4. MEGÁLLAPÍTÁSOK

Jelen cikkben vizsgáltam a mészkőliszt adagolás hatását az öntömörödő beton konzisztenciájára, konzisztencia eltarthatóságára, nyomószilárdságára és légtartalmára.

Vizsgáltam továbbá két különböző fajlagos felületű mészkőliszt hatását is az öntömörödő beton konzisztenciájára, konzisztencia eltarthatóságára, és a nyomószilárdságára.

Vizsgáltam a cementpép vízigényének változását a mészkőliszt adagolás függvényében.

A következőket állapítottam meg:

- A mészkőliszt adagolással (70-370 kg/m3-ig vizsgálva), mind a terülés mérőszáma, mind a nyomószilárdság, mind a légtartalom növekedett. A konzisztencia 80-120 mm-rel, a nyomószilárdság 24-35%-kal javul, míg a légtartalom 2%-ról 4-5%-ra emelkedett.

- Mészkőliszt adagolás esetén mind a konzisztencia mérőszám, mind a nyomószilárdság növekedésének van optimuma, amit a konzisztencia eltarthatóság határoz meg. Az optimum pont után a friss beton konzisztencia eltarthatósága rohamosan csökken. Az optimum a

cementfajtától függ. CEM I 42,5 N jelű cementnél
250 kg/m3-re, CEM III/A-MS 32,5 N jelű cementnél
280 kg/m3-re adódott.

- A mészkőliszt adagolás növeli az öntömörödő friss beton légtartalmát. A tiszta portlandcementtel készült betonoknál kevésbé (3%), a CEM III/A-MS 32,5 N jelű cementtel készült betonnál nagyobb mértékben (5%).

- Adott víz-cement tényezőjű öntömörödő betonhoz megadott adalékszer adagolás mellett, meghatározható egy optimális mészkőliszt adagolási tartomány is. Azt, hogy a tartományon belül melyik mészkőliszt adagolást célszerű használni, azt blokkolódási hajlam vizs gálatokkal, kifolyási idő vizsgálatokkal kell meghatározni a konkrét technológiai feladatot is figyelembe véve. Jelen vizsgálataimnál ez a technológiailag használható tartomány a következő volt:

CEM I 42,5 N jelű cementhez 160-250 kg/m3

CEM II/A-S 32,5 R jelű cementhez 150-250 kg/m3

CEM III/A-MS 32,5 N jelű cementhez 120-280 kg/m3.

- A mészkőliszt adagolás hatása a betonra a vizsgált 70-370 kg/m3 tartományon belül három szakaszra osztható:

1. folyós, önthető beton

2. öntömörödő beton

3. technológiailag nem használható öntömörödő beton.

Azonos beton összetétellel vizsgált öntömörödő beton esetén, a mészkőliszt fajlagos felülete befolyásolja mind a friss beton, mind a megszilárdult beton tulajdonságait. A 661 m2/kg fajlagos felületű mészkőliszttel készített beton terülése 100 mm-rel, 28 napos nyomószilárdsága 28%-kal nagyobb volt, mint a 186 m2/kg fajlagos felületű mészkőliszttel készített betoné. Ebből következik, hogy a friss és a megszilárdult beton tulajdonságainak megváltozása függ a mészkőliszt jellemzőitől is (pl. fajlagos felülettől). Kísérleti eredmények alapján a mészkőliszt fajlagos felülete célszerűen 600-700 m2/kg legyen.

- A terülés mérőszámának csökkenése az idő függvényében a kis fajlagos felületű (186 m2/kg) mészkőlisztnél 120 perc után mérve csak 50 mm volt, míg a nagy fajlagos felületű (661 m2/kg) mészkőlisztnél
120 mm volt. A kis fajlagos felületű mészkőliszt azonban saját technológiai tapasztalataim alapján kivérzésre hajlamosabb.

- A CEM I 42,5 jelű cement vízigényét a mészkőliszt adagolás lineárisan növelte a vizsgált tartományig.
A folyósság javulást nem a mészkőliszt vízigényének csökkenése okozza. Hatása a friss betonra majdnem megegyezik azzal, mintha a cementtartalmat (pépet) növelnénk, ami más nézőpontokból vizsgálva nem célszerű.

5. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

Jelen cikk a szerző 2003-ban készült doktori (PhD) értekezéséből a mészkőliszttel kapcsolatos kutatási eredményeket foglalja össze.

A szerző köszönetet mond

- az OTKA kutatási támogatásért (OTKA 032525).

- a SIKA Hungária Kft-nek az irodalmi anyag lefordításában nyújtott segítségért, valamint a kísérletekhez szükséges anyagok biztosításáért.

- a Danubiusbeton Betonkészítő Kft-nek, hogy biztosította a vizsgálatokhoz szükséges mészkőlisztet.

- a Duna-Dráva Cement Kft-nek, hogy biztosította a vizsgálatokhoz szükséges cementeket.

- a MAPEI Kft-nek a szakmai anyagok rendelkezésre bocsátásáért.

A szerző megköszöni

- Nagy Balázsnak, Kápolnai Péternek, Villás Richárdnak a laboratóriumi kísérletekben és az eredmények feldolgozásában nyújtott segítséget.

- Kocsányiné Kopecskó Katalin, Csányi Erika, Felszeghy Csabáné, Rónaky Viktória és Kovács S. Béláné mészkőliszt vizsgálatok során nyújtott segítségét.

Végül megköszöni dr. Balázs L. György egyetemi tanárnak kitartó támogatását, és nagyon hasznos szakmai segítségét, valamint dr. Kausay Tibornak és dr. Magyari Bélának az értekezés opponálása során adott észrevételeit.

6. HIVATKOZÁSOK

König, G., Holschermacher, K., Dehn, F. Selbstverdichtender Beton, Konferencia kiadvány, (2001. november) Leipzig, Bauwerk Verlag GmbH Berlin, 249 p.

Nawa, T., Izumi, T., Edamatsu, Y. (1998), "State-of-the-Art Report on Materials and Design of Self-Compacting Concrete", Konferencia kiadvány, International Workshop on Self-Compacting Concrete, 23-26 August 1998, Tosa-Yamada Kochi, Japan pp.160-190.

Okamura, H., Ouchi, M. (2003), "Self-Compacting Concrete", Journal of Advanced Concrete Technology Vol. 1, No. 1, April 2003 pp. 5-15.

Zsigovics I. (2002), „Öntömörödő beton A beton kutatás új eredményei", Konferencia kiadvány, 40th Anniversary of Pollack Mihály College of Engineering, International Symposium, Proceedings, Vol. II. pp. 415-419.

Zsigovics I. (2003a), „Öntömörödő beton, a betontechnológia legújabb forradalma 1. Fogalmak és vizsgálati módok", Vasbetonépítés, 2003/1, pp. 17-24. ISSN 1419-6441

Zsigovics I. (2003b), „Öntömörödő beton, a betontechnológia legújabb forradalma 2. Megszilárdult beton tulajdonságai", Vasbetonépítés, 2003/2, pp. 9-17.

Zsigovics I (2004), „Öntömörödő beton", PhD értekezés BME Építőmérnöki Kar Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék, 2004, p 97.

Dr. Zsigovics István (1949) okleveles építőmérnök (1974), egyetemi doktori fokozat (dr. techn) (1984), PhD fokozat (2003), a BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék adjunktusa. Fő érdeklődési területei: betontechnológia, a beton törési tönkremeneteli folyamatának vizsgálata, a szilárdságvizsgálat fejlesztése, szerkezetek javítása és védelme, különleges betonok nagy teljesítőképességgel. Hídvizsgálatok, betonszerkezetek szakértése. Az SZTE tagja.

SELF COMPACTING CONCRETE, NEWEST REVOLUTION OF CONCRETE TECHNOLOGY

3. Inflence of limestone powder on the properties of fresh and hardered concrete

Dr. István Zsigovics

Self compacting concrete was first developed in 1988 in order to achieve durable concrete structures and to avoid compaction work in site. Investigations for establishing rational mix-design and testing methods were carried out to develop standards for self compacting concrete.

Present article intends to summarize most important effects of limestone powder on properties of fresh and hardened concrete.

Self compacting concrete has an optimum range of dosage of limestone, which depends on the type of the cement.

 

 

Előző cikk Lap tetejére Következő cikk