OGÓLNY ZAKRES BADAŃ 1. Badania doraźne

Wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie (przez rozłupywanie) badano po 1, 3, 7, 14, 28, 56 i 90 dniach na próbkach walcowych 150300mm. Moduły sprężystości i współczynniki Poissona, jak również relacje c-c badano na próbkach walcowych 150300mm po 28 dniach i 90 dniach. Badano również wytrzymałość na ściskanie i przyczepność metodą pull-out na próbkach sześciennych 150150150mm po 28 dniach. Próbki sześcienne stosowano także w badaniach nasiąkliwości, wodoprzepuszczalności i mrozoodporności (150 cykli). Większość badań doraźnych była prezentowana wcześniej [2], a niektóre z nich były powtórzone, jako towarzyszące przy obecnie prezentowanych badaniach. Te same składy betonów stosowano do wykonania próbek w badaniach długotrwałych.

3.2. Badania długotrwałe

Rys. 2. Długotrwałe badania skurczu

Rys. 1. Widok stanowisk do badań pełzania pod kontrolowanym stałym obciążeniem na próbkach 100×100×500mm

Rys. 3. Badania wczesnego skurczu

Długotrwały skurcz i pełzanie betonu dla 3 serii (9 mieszanek) podanych w (tab. 2), badano każdorazowo na sześciu próbkach 100×100×500 mm dla każdego betonu, w okresie ponad jednego roku. Długotrwałe obciążenie w badaniach pełzania było realizowane w pełzarkach sprężynowych (rys.1) w wieku 40 do 56 dni (wówczas stwierdzano ponad 80% końcowego skurczu przy RH≈70%). Do czasu obciążenia próbki były przechowywane w pomieszczeniu klimatyzowanym, w temperaturze 18±1^oC i RH≈70%. Intensywność długotrwałego obciążenia przyjęto jako około 30% nominalnej wytrzymałości na ściskanie, uzyskanej z badanych w dniu obciążania sześciu próbek 150×300mm dla każdego betonu. Siły kontrolowano siłownikami, a odkształcenia pełzania mierzono czujnikami zegarowymi. Badania skurczu rozpoczęto bezpośrednio po rozformowaniu próbek (po 24 godzinach). Ze względów technicznych,

w początkowym okresie, odkształcenia od skurczu mierzono aparatem Amslera, a następnie czujnikami zegarowymi 0,001mm (rys. 2).

Oddzielnie, dla wszystkich betonów, badano wczesny skurcz od chwili zabetonowania, oprzyrządowania form i podłączenia do aparatury (około 20 min) do około 200 godzin. Do badań wczesnego skurczu zaprojektowano dwa rodzaje specjalnie skonstruowanych form (patrz rys.3):

 do badań skurczu w warstwach przypowierzchniowych betonu wykonano formy o wymiarach 2080200mm,

 w celu umożliwienia nawiązania wyników badań skurczu wczesnego i długotrwałego zmodyfikowano 3 tradycyjne formy stalowe do beleczek o wymiarach 100100500mm.

Obydwa rodzaje form umożliwiały przesuw twardniejącej mieszanki betonowej. Pomiaru odkształceń próbek dokonywano czujnikami indukcyjnymi (rys. 3). W całym okresie badania mierzono również temperaturę wewnątrz próbek. Badania przeprowadzano kolejno dla poszczególnych mieszanek, przy zachowaniu stałej wilgotności RH≈70% i temperatury otoczenia 18±1^oC.

4. WYNIKI BADAŃ

Wybrane wyniki badań doraźnych i długotrwałych zestawiono w (tab. 3). Podstawowe właściwości betonów podano w kolumnach 2 do 6. Są to kolejno: wytrzymałości walcowe na ściskanie fcm, wytrzymałości na rozciąganie (przez rozłupywanie) fctm, moduły sprężystości Ecm, współczynniki Poissona cm, gęstości stwardniałego betonu cm.

W kolumnach 7, 8 (tab. 3) przedstawiono główne wartości skurczu betonu: c,s(t0) pomierzone w czasie t₀, tj. w dniu obciążania próbek do badań pełzania oraz c,s(t₁) pomierzone w czasie t1, tj. w dniu odciążania próbek po badaniach pełzania. W kolumnach 9, 10, 11 (tab. 3) podano łączne wartości odkształceń skurczu i pełzania: c,c+s(t0) - początkowe odkształcenia w czasie t0, c,c+s(t1) - odkształcenia bezpośrednio przed odciążeniem, czyli w czasie t1, oraz

c,c+s(t2) odkształcenia bezpośrednio po odciążeniu. W kolumnie 12 zamieszczono współczynniki pełzania φ₃₆₀, a w kolumnach 13, 14 podano wartości masy utraconej wody przez beton: ∆g(t₀) do czasu obciążenia i ∆g(t₁) do czasu odciążenia (t₁ ≈ t₀ + 360 dni). Na (rys. 4) dla 3 badanych serii betonów przedstawiono porównanie wykresów zależności c - c z badań wybranych próbek

150300mm.

Niektóre wyniki uzyskane z badań próbek były potwierdzone w badaniach prostych belek i słupów. Wyniki opublikowano stosunkowo niedawno w [3] i [4].

Tablica 3. Właściwości betonów i wyniki badań długotrwałych (360 dni)

Wyniki badań długotrwałych Właściwości betonu

Skurcz Pełzanie Utrata wody

f_cm f_ctm E_cm cm cm c,s (t0) c,s

Właściwości doraźne i reologiczne betonów konstrukcyjnych na kruszywach… 177

Rys. 5. Odkształcenia skurczowe (c,s) mierzone na próbkach 100100500mm

Rys. 6. Odkształcenia wczesnego skurczu betonu (c,s)

Rys.7. Odkształcenia wczesnego skurczu betonu (c,s) pomierzone na próbkach 100100500mm

Wyniki badań wczesnego skurczu betonów w postaci porównawczych wykresów odkształceń skurczowych (c,s) przedstawiono na (rys. 6) i (rys. 7). W celu ułatwienia analizy porównawczej wyników badań wczesnego skurczu w (tab. 4) zestawiono, dla wszystkich badanych betonów, maksymalne wartości odkształceń wczesnego skurczu (c,s) (średnie z wyników pomiarów z 6 lub 3 próbek), a także wartości skurczu po 24 godzinach, kiedy to rozpoczynano pomiary skurczu długotrwałego w badaniach podstawowych (rys. 5).

W początkowym okresie badań odkształceń betonów zwykłych (na kruszywach otoczkowych i granitowych) zarejestrowano w małych próbkach 2080200mm niewielkie odkształcenia, wskazujące na pęcznienie betonów. Po około 30 minutach rozpoczął się wyraźny przyrost odkształceń od wczesnego skurczu, który po około 7÷9 godzinach osiągał w betonach zwykłych wartości maksymalne (pierwsza faza). Następnie zaobserwowano stopniowy spadek

Właściwości doraźne i reologiczne betonów konstrukcyjnych na kruszywach… 179

Tablica 4. Porównanie wyników badań odkształceń wczesnego skurczu betonów (c,s) w [‰]

Symbol betonu Rodzaj próbki

ONN ORN ORR GNN GRN GRR BNN BRN BRR

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

maksymalne wartości odkształceń od skurcz betonu (c,s) w [‰]

2080200mm 0,41 0,38 0,47 0,65 0,73 0,95 0,96 1,06 1,19 Po czasie [godz] 9,0 8,6 9,0 8,1 7,3 7,8 16,2 13,1 17,0 100100500mm 0,17 0,23 0,27 0,33 0,39 0,67 0,89 0,97 1,02 Po czasie [godz] 9,8 7,7 9,4 9,8 9,0 9,0 17,4 15,8 19,0

wartości odkształceń wczesnego skurcz betonu (c,s) w 24 godz. pomiarów w [‰]

2080200mm 0,30 0,30 0,36 0,64 0,72 0,94 0,99 1,09 1,23 100100500mm 0,15 0,20 0,27 0,35 0,42 0,67 0,90 1,01 1,03 odkształceń (faza druga), a po 24÷30 godzinach stwierdzono ponownie wzrost odkształceń - skurcz od wysychania (faza trzecia). W betonach wysokowartościowych zaobserwowano nieco inny przebieg odkształceń. W początkowej fazie badań nie stwierdzono pęcznienia betonu, ale silny przyrost odkształceń od skurczu (faza pierwsza). Faza druga, czyli spadek odkształceń, był zaledwie zasygnalizowany, a wykresy odkształceń po krótkiej stabilizacji przeszły w fazę trzecią. Dalszy przyrost odkształceń od skurczu w betonach wysokowartościowych był wyraźnie wolniejszy niż w betonach zwykłych. W poszczególnych betonach w ramach badanych serii (O, G, B) stwierdzono podobny przebieg odkształceń od skurczu.

Zaobserwowano jednak wyraźnie większe odkształcenia skurczowe w betonach z kruszywami z recyklingu.

W analizie porównawczej wyników badań wczesnego skurczu betonu (c,s) na próbkach 100100500mm stwierdzono wyraźnie mniejsze odkształcenia skurczowe i słabiej zaznaczoną fazę drugą w stosunku do wyników uzyskanych z badań próbek 2080200mm. W badaniach temperatur wewnątrz próbek betonowych nie stwierdzono istotnych zmian w całym okresie badania (wahania w granicach ±1^oC).

5. WNIOSKI

Badaniami przeprowadzonymi dla szerokiej grupy betonów na kruszywach z recyklingu potwierdzono, że zastosowanie odpowiednio wybranych i przygotowanych kruszyw z recyklingu, przy starannym projektowaniu mieszanek, prowadzi do uzyskania betonów konstrukcyjnych nawet wysokowartościowych (100 MPa).

Na podstawie analizy wyników przedstawianych badań można sformułować następujące wnioski:

 wytrzymałość pierwotnego betonu ma istotny wpływ na mechaniczne właściwości betonu na kruszywie z recyklingu (BKR), jak również udział kruszywa z recyklingu i naturalnego (nowego); umożliwia to uzyskanie betonu z recyklingu o porównywalnej wytrzymałości na ściskanie w stosunku do betonu pierwotnego,

 w projektowaniu mieszanek BKR możliwe jest stosowanie bardzo podobnych procedur do znanych z projektowania betonów na kruszywach naturalnych (BKN); konieczna jest jednak korekta ilości wody, zależna od zwiększonej porowatości kruszywa z recyklingu; w celu uzyskania odpowiedniej konsystencji i urabialności utrzymującej się w czasie betonowania;

konieczne jest zatem wstępne nawilżenie kruszywa, wyprzedzające betonowanie i wówczas zmiany stosunku woda/cement w zaczynie są stosunkowo małe,

 w zakresie BWW właściwości BKR mogą być znacząco poprawione przez stosowanie superplastyfikatorów i pyłu krzemionkowego, podobnie do BWW-BKN,

 stosowanie w pełni kruszywa z recyklingu (grubego i drobnego) niewiele zmniejsza wytrzymałość na ściskanie, ale bardziej istotnie wpływa na obniżenie wytrzymałości na rozciąganie, jak również modułu sprężystości,

 zastąpienie drobnej frakcji 0÷2mm kruszywa z recyklingu przez naturalny piasek poprawia właściwości betonu na kruszywach wtórnych - patrz (tab. 3),

 długotrwałe badania betonów z różnym udziałem kruszywa z recyklingu wskazuje na istotny wpływ całkowitego skurczu (15% do 25%) w porównaniu do BKN,

 różnice w odkształceniach od pełzania są mało istotne w normalnych warunkach; wzrost współczynnika pełzania φ360 był oszacowany na nie więcej niż 3% w BKR w porównaniu z BKN.

Należy podkreślić szczególnie dwie obserwacje nie wspomniane wcześniej:

(i) wprowadzenie wstępnego nasycenia kruszywa z recyklingu może przyczyniać się do niewielkiego wzrostu wytrzymałości na ściskanie z powodu efektu „wewnętrznej pielęgnacji” betonu;

(ii) badania wczesnego skurczu (prawdopodobnie badane po raz pierwszy dla BKR), pokazały, że w wysokowartościowym BKR w pełni na kruszywie wtórnym gwałtowny skurcz fazy pierwszej był o około 25% większy niż w BKN; jest to ważna informacja, ponieważ – w ogólności – wczesny skurcz w BWW często przekracza ⅔ całkowitego skurczu.

Publikacja została przygotowana w ramach projektu badawczego w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka – POIG.01.01.02-10-106/09 (temat PT4.1).

Piśmiennictwo

[1] fib Commission 3, TG3.8, Editors: Glavind M., Sakai K., Òberg M., Müller Ch.:

Guidelines for Green Concrete Structures, Lausanne, October 2011 (draft).

[2] Ajdukiewicz A., Kliszczewicz A.: Influence of recycled aggregates on mechanical properties of HS/HPC, Cement & Concrete Composites, Vol. 24, No.2, 2002, pp. 269-279.

[3] Ajdukiewicz A., Kliszczewicz A.: Comparative Tests of Beams and Columns Made of RAC and NAC. Journal of the Advanced Concrete Technology – Materials, Structures and Environment, Japan Concrete Institute, Vol.5, No.2, 2007, pp.259-273.

[4] Ajdukiewicz A., Kliszczewicz A.: Long-term tests of reinforced-concrete beams and columns made of recycled aggregate concrete. Proceedings of the fib Symposium

“Concrete Engineering for Excellence and Efficiency”, Prague, June 8-10, 2011, Vol.1, pp. 479-482 and CD.

INSTANTANEOUS AND LONG-TERM PROPERTIES