ANALIZA WYNIKÓW

Skład zaprawy (stosunek żywica/kruszywo (Z/K) i procentową zawartość glikoli-zatu PET) zaprojektowano w oparciu o dane literaturowe oraz własne doświadczenie wyni-kające z przeprowadzonych badań wstępnych. Celem badań eksperymentalnych było

do-Badanie możliwości wykorzystania... cz.1 153 świadczalne wyznaczenie funkcji opisującej wpływ parametrów wejściowych, charaktery-zujących skład zaprawy na jej jakość określoną za pomocą wielkości wyjściowych, czyli cech poddanych badaniom. Charakter tego wpływu oraz obszary zmienności danych wej-ściowych, w których wielkości wyjściowe przyjmują wartości największe, uwidaczniają wykresy ilustrujące powierzchnie odpowiedzi (Rys. 1 - 4). Biorąc pod uwagę obszar zasto-sowań naprawczych betonów żywicznych, ważne było aby badana zaprawa spełniała przy-jęte kryteria dotyczące przyczepności, charakteryzując się jednocześnie wysokimi warto-ściami wybranych parametrów wytrzymałościowych, niską nasiąkliwością oraz dobrą od-pornością chemiczną.

Na rysunkach 1 i 2 przedstawiono wyniki badań wytrzymałości na zginanie i ściskanie modyfikowanej zaprawy epoksydowej w założonych wcześniej punktach planu, oznaczonych na rysunkach # numer (np. #1). W zależności od stosunku żywica/ kruszywo (Z/K) oraz ilości dodanego modyfikatora, wartości wytrzymałości na zginanie mieszczą się w granicach od 18,2 MPa do 32,2 MPa. Najniższą wartością wytrzymałości na zginanie charakteryzują się próbki zapraw bez dodatku modyfikatora. Z kolei maksymalną wartość wytrzymałości osiągnięto dla zaprawy zawierającej 7% glikolizatu PET oraz największą ilość piasku (stosunek Z/K równy 0,14)(#4). Wytrzymałość na ściskanie osiągnęła wartości z przedziału 84,7÷116,1 MPa, odpowiednio dla zaprawy zawierającej 2% modyfikatora i stosunku Z/K równym 0,33 (#2) oraz 7% glikolizatu PET i Z/K równym 0,25 (#5).

Z wyjątkiem wyników osiągniętych w punkcie 2 (#2), wszystkie pozostałe rezul-taty są znacznie lepsze w porównaniu do wartości wytrzymałości na ściskanie odnotowanej dla zaprawy otrzymanej bez dodatku modyfikatora (#3).

Aproksymując wartości powierzchni odpowiedzi znaleziono ekstrema globalne badanych parametrów. Stwierdzono, że wytrzymałość na zginanie osiąga wartość maksy-malną równą 33,54 MPa dla zawartości glikolizatu PET równej 9,1 % oraz stosunku ży-wicy do kruszywa Z/K = 0,21, natomiast maksimum wytrzymałości na ściskanie, wyno-szące 117,32 MPa, uzyskano dla zawartości glikolizatu PET wynowyno-szącej 9,4 % i dla sto-sunku żywicy do kruszywa Z/K = 0,22. Te dwa punkty opisujące skład zaprawy leżą więc w bezpośrednim sąsiedztwie. Wysokie wartości wytrzymałości mechanicznej modyfikowa-nej zaprawy epoksydowej mogą świadczyć o znacznie lepszym uelastycznieniu otrzyma-nych kompozytów w porównaniu z materiałem niemodyfikowanym. Uzyskana dla badanej zaprawy wytrzymałość na ściskanie o wartościach powyżej 100 MPa jest porównywalna klasy R4 przeznaczone do napraw konstrukcyjnych powinna charakteryzować wytrzymałość na ściskanie f_c ≥ 45 MPa, natomiast w naprawach niekonstrukcyjnych fc ≥ 15 MPa. Poddana badaniom modyfikowana zaprawa epoksydowa spełnia te wymagania z dużym nadmiarem.

154 B. Dębska, L. Lichołai a)

b)

Rys. 1. Wykres powierzchni odpowiedzi dla wytrzymałości na zginanie, w poszczególnych punktach planu eksperymentu [MPa]a) warstwicowy, b) przestrzenny

Fig. 1. Diagram of response surface for bending strength, in each point of the experiment plan [MPa]a) contour, b) spatial

Badanie możliwości wykorzystania... cz.1 155 a)

b)

Rys. 2. Wykres powierzchni odpowiedzi dla wytrzymałości na ściskanie, w poszczególnych punktach planu eksperymentu [MPa]a) warstwicowy, b) przestrzenny

Fig. 2. Diagram of response surface for compressive strength, in each point of the experiment plan [MPa]a) contour, b) spatial

156 B. Dębska, L. Lichołai Kolejną badaną właściwością była absorpcja wody przez próbki. Wykres warstwicowy powierzchni odpowiedzi przedstawiający absorpcję wody przez próbki, oznaczoną po 4 tygodniach od momentu zanurzenia ich w cieczy, pokazano na Rys. 3.

Rys. 3. Warstwicowy wykres powierzchni odpowiedzi dla absorpcji wody po 4 tyg. [%]

Fig. 3. Contour diagram of response surface for water absorption after 4 weeks [%]

Maksymalna absorpcja wody przez zaprawę epoksydową modyfikowaną glikolizatem PET, zbadana po czterech tygodniach od momentu zanurzenia próbek w cieczy, wynosiła 1,45%. Została ona osiągnięta dla takiego składu zaprawy, który cechuje najwyższa ilość dodanego modyfikatora, przy stosunku żywica/kruszywo równym 0,33 (#8).

Z kolei najniższa wartość absorpcji wody (równa 0,59%) charakteryzuje zaprawę otrzymaną bez dodatku modyfikatora (#3). Oceniając te parametry w obszarze, w którym uzyskano wartości krytyczne parametrów wytrzymałościowych (Z/K = 0,21÷0,22 oraz zawartość PET równa 9,1%÷ 9,4%) zauważono, że badana zaprawa charakteryzuje się niską nasiąkliwością, nie przekraczającą 1%. Oznacza to, że ilość zaabsorbowanej wody przez modyfikowaną zaprawę epoksydową jest kilkakrotnie niższa w porównaniu do zwykłej zaprawy cementowej, która wynosi 4÷10%. Potwierdza to możliwość stosowania badanego kompozytu jako zaprawy naprawczej.

Perspektywiczna możliwość zastosowania zaprawy epoksydowej do napraw w środowisku charakteryzującym się dużą agresją chemiczną, skłoniła do podjęcia próby oznaczenia zmiany masy próbek zaprawy po ekspozycji ich na działanie wybranych mediów korozyjnych, takich jak: 10% kwas siarkowy, 10% kwas azotowy, 10% wodorotlenek sodu oraz 10% chlorek sodu. Rysunek 4 przedstawia wyniki oznaczenia zmiany masy uzyskane po 4 tygodniach zanurzenia serii próbek w wymienionych wyżej roztworach.

Badanie możliwości wykorzystania... cz.1 157

a) b)

c) d)

Rys. 4. Przestrzenny wykres powierzchni odpowiedzi dla zmiany masy próbek po 4 tygodniach ekspozycji w a) 10% kwasie siarkowym, b) 10% kwasie azotowym,

c) 10% wodorotlenku sodu, d) 10% chlorku sodu, [%]

Fig. 4. Spatial diagram of response surface for specimens weight change after 4 weeks of exposure in a) 10% sulfuric acid, b) 10% nitric acid,

c) 10% sodium hydroxide, d) 10% sodium chloride, [%]

Największe wartości zmiany masy odnotowano dla próbek poddanych działaniu 10% kwasu azotowego (Rys. 4b.). Największa wartość zmiany masy wyniosła 3,6% (#4).

158 B. Dębska, L. Lichołai Najniższe wartości oznaczanej cechy uzyskano dla 10% roztworu chlorku sodu, w granicznym przypadku stwierdzono, że nie przekraczają one wartości 1,3%. Zdecydowa-nie największe przyrosty masy, dla prawie wszystkich mediów korozyjnych zauważono dla czwartego punktu planu eksperymentu. Skład zaprawy w tym punkcie charakteryzuje naj-większa zawartość kruszywa w kompozycie (zawartość glikolizatu PET równa 7%, stosu-nek żywicy do kruszywa Z/K = 0,14), co mogło powodować niedostateczne oblepienie ziaren kruszywa przez żywicę, a tym samym pogorszenie odporności korozyjnej kompo-zytu.

Odnosząc przeprowadzone badanie zmiany masy do kompozytu, dla którego stwierdzono wcześniej najlepsze wartości przebadanych właściwości, tj. zaprawy charakte-ryzującej się dodatkiem modyfikatora na poziomie 9,1%÷ 9,4% oraz stosunkiem żywicy do kruszywa Z/K z przedziału 0,21÷0,22, stwierdzono, że cechują ją stosunkowo niskie warto-ści zmiany masy (0,76%÷1,53%) próbek poddanych działaniu wszystkich czterech roztwo-rów substancji agresywnych.

4. PODSUMOWANIE

Modyfikowana glikolizatem PET zaprawa epoksydowa spełnia wysokie wymaga-nia stawiane produktom używanym do napraw. Zastąpienie ok. 9%wag. żywicy epoksydo-wej glikolizatem otrzymywanym na bazie glikolu propylenowego oraz odpadów poli(tereftalanu etylenu), przy zachowaniu stosunku mas żywicy do kruszywa na poziomie 0,22, pozwala uzyskać materiał naprawczy cechujący się bardzo dobrą wytrzymałością na zginanie i ściskanie, niską absorpcją wody oraz bardzo dobrą odpornością chemiczną.

Badania były częściowo finansowane ze środków przeznaczonych przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego na naukę w latach 2010-2013 (projekt badawczy nr N N506 194338).

5. LITERATURA

[1] Kamiński M. (red.), Współczesne metody naprawcze w obiektach budowlanych, Dom Wydawniczy Edukacja, 2009.

[2] Czarnecki L., Betony polimerowe, Cement-Wapno-Beton, nr 2/2010, s. 63-85.

[3] Czarnecki L., Betony żywiczne, Wydawnictwo „Arkady”, Warszawa 1982.

[4] Łukowski P., Polimerowo-cementowa zaprawa naprawcza o podwyższonej przyczepności do betonu, XXIII Konferencja Naukowo-Techniczna Awarie Budowlane 2007, Szczecin-Międzyzdroje 23-26 maja 2007, s. 851-858.

[5] Afridi M.U.K., Ohama Y., Zafar Iqbal M., Demura K., Water retention and adhesion of powdered and aqueous polymer-modified mortars, Cement and Concrete Composites, nr 17/1995, s. 113-118.

[6] Saccani A., Magnaghi V., Durability of epoxy resin-based materials for the repair of damaged cementitious composites, Cement and Concrete Research, nr 29/1999, s. 95-98.

[7] Schulze J., Killermann O., Long-term performance of redispersible powders in mortars, Cement and Concrete Research, nr 31/2001, s. 357-362.

Badanie możliwości wykorzystania... cz.1 159 [8] Garbacz A., Courard L., Kostana K., Characterization of concrete surface roughness and its relation to adhesion in repair systems, Materials Characterization, nr 56/2006, s. 281-289.

[9] Momayez A., Ehsani M.R., Ramezanianpour A.A., Rajaie H., Comparison of methods for evaluating bond strength between concrete substrate and repair materials, Cement and Concrete Research, nr 35/2005, s. 748–757.

STUDY OF THE USE OF MODIFIED EPOXY MORTARS IN REPAIR