Wpływ parametrów kruszywa na właściwości betonu przepuszczającego

(1)

547

Wpływ parametrów kruszywa na właściwości betonu przepuszczającego

THE INFLUENCE OF COARSE AGGREGATE PARAMETERS ON THE PROPERTIES OF PERMEABLE CONCRETE

Streszczenie

W artykule autorzy przedstawili wpływ parametrów kruszywa na właściwości betonu przepuszczającego. Beton przepuszczający określany także jako jamisty jest mieszanką spoiwa i kruszywa grubego oraz niewielkiej ilości kruszywa drobnego oraz, w niektórych przypadkach domieszek i dodatków. Porowata struktura umożliwia przepuszczanie cieczy i gazów. Istotne parametry betonu jamistego to stopień filtracji oraz wytrzyma- łość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu oraz moduł sprężystości.

Strefa kontaktu kruszywo i zaczyn cementowy mają bardzo duży wpływ na parametry mechaniczne betonu. Autorzy w pracy przedstawili wpływ rodzaju i właściwości kruszywa grubego na właściwości mechaniczne betonu przepuszczającego. Określono wpływ jamistości betonu na gęstość betonu porowatego. W przeprowadzonych badaniach zastosowano kruszywo łamane granitowe, kruszywo otoczakowe krzemionkowe, kruszywo z recyklingu gruzu betonowego oraz kruszywo lekkie popiołoporytowe i granulowane kruszywo ze szkła spienionego.

Abstract

In the article, the authors presented the effect of aggregate parameters on the properties of permeable concrete. Permeable concrete, also known as cavernous concrete, is a mixture of a binder and coarse aggregate as well as a small amount of fine aggregate and in some cases admixtures and additives. The porous structure allows the passage of liquids and gases. Properly selected proportions of ingredients allow to obtain material with specific properties. The essential parameters of permeable concrete are the degree of filtration and compressive strength, tensile strength and modulus of elasticity. Contact zone aggregate Aldona Wcisło

dr Marzena Kurpińska – Politechnika Gdańska, Thomas Beton Sp. z o.o.

mgr. inż. Aldona Wcisło – Lafarge Cement S.A.

(2)

Marzena Kurpińska, Aldona Wcisło

548 DNI BETONU 2018

and cement paste have a very large impact on the mechanical parameters of concrete.

The authors present the influence of the coarse aggregate type and properties on the mechanical properties of permeable concrete. The authors determined the impact of concrete cavity and determined the density of porous concrete. In the conducted research, crushed granite aggregate, siliceous pebble aggregate, recycle aggregate from concrete rubble as well as lightweight aggregate and granulated aggregate made of foamed glass were used.

(3)

549

DNI BETONU 2018

1. Wstęp

Wysokie wymagania związane z implementacją założeń pro-ekologicznych i pro-środo- wiskowych stanowią inspirację do zastosowania nowych rozwiązań technologicznych.

Jednym z problemów jest trudność z odprowadzeniem wód opadowych, również podczas intensywnych opadów w bardzo krótkim czasie. Z powodu postępującej urbanizacji tere- nów dziewiczych, naturalny obieg wody w przyrodzie zostaje coraz częściej zakłócany.

Szczelnie utwardzone nawierzchnie dróg, chodników, parkingów i podwórek nie po- zwalają swobodnie wsiąkać w powierzchnie wodom opadowym, a nagromadzona z tego powodu duża ilość deszczówki stanowi poważny problem dla właścicieli posesji, którzy przy większych opadach doświadczają zalegania wód, a nawet lokalnych podtopień. Jeśli nie ma możliwości podłączenia się do kanalizacji burzowej ani odprowadzenia ścieków deszczowych do rowu melioracyjnego, pozostaje zastanowienie się nad rozwiązaniem tego problemu poprzez rozsączanie wód opadowych lub ich retencję i wtórne wykorzystanie na terenie własnej posesji. Rozwiązaniem może być zastosowanie betonu przepuszczajacego wodę. Beton tego rodzaju pierwotnie stosowany był w celu zmniej- szenia spływu wód opadowych w środowisku miejskim do studzienek kanalizacyjnych.

Beton przepuszczający składa się z cementu portlandzkiego, jednofrakcyjnego kruszywa grubego, niewielkiej ilości kruszywa drobnego i wody oraz, w niektórych przypadkach stosuje się domieszki chemiczne i dodatki takie jak popioły lotne, żużel, zeolit oraz włókna. Wyeliminowanie większości lub całego drobnego kruszywa z mieszanki betonowej zapewnia powstanie pustych przestrzeni w stwardniałym betonie. Struktura wzajemnie połączonych pustych przestrzeni tworzy kapilary i umożliwia szybki prze- pływ wody i gazów przez matrycę betonową. Najczęściej badane parametry betonu przepuszczalnego to: gęstość, porowatość, przepuszczalność i wytrzymałość na ściska- nie, mrozoodporność (Malhotra, 1976, Ghafoori i Dutta, 1995, Crouch i inni, 2003, Yang i Jiang, 2003). Teksturę betonu przepuszczajacego opisuje się przez określenie ilosciowe zawartych w nim wolnych przestrzeni. Cechę tę można określić za pomoca parametrów takich jak: jamistość (określająca zawartość wolnych przestrzeni pomiedzy ziarnami kruszywa, będącymi w otoczce zaczynu) i porowatość (uwzględniająca wolne przestrzenie w całym betonie łacznie z porami w zaczynie i kruszywie). Wyróżniamy betony jamiste, z kruszywa jedno- lub dwufrakcyjnego o uziarnieniu powyżej 4 mm, w których zaczyn cementowy służy tylko do pokrycia poszczególnych ziaren kruszywa i ich spojenia ze sobą. Są to betony o otwartej strukturze.

a) b)

Rys. 1. Beton o strukturze jamistej a) jednofrakcyjny b) dwufrakcyjny

(4)

550 DNI BETONU 2018

Gęstość i porowatość przepuszczalnych betonów zależy głównie od właściwości i doboru proporcji materiałów. Gęstość betonu przepuszczalnego, w zależności od rodzaju zastosowanego kruszywa grubego, mieści się w zakresie od 600 do 2100 kg/m³. Wielkość pustych przestrzeni może być w pewnym stopniu kontrolowana przez rozmiar kruszywa grubego. Zastosowanie kruszywa o wyższym uziarnieniu powoduje powstawanie więk- szych pustych przestrzeni, zaś kruszywa o niższym powoduje powstanie pustek mniej- szych i bardziej licznych. Jamistość materiału ziarnistego określa względny, objętościowy udział jam międzyziarnowych w jednostce objętości tego materiału. Przy jej określaniu nie bierze się pod uwagę ilość porów zawartych w poszczególnych ziarnach materiału.

Jamistość kruszyw oznacza się metodą bezpośrednią według procedury opisanej w PN- -76/B-06714/10. Możliwe jest modelowanie składu i określenie współczynnika przepływu cieczy przez beton przepuszczający. Na jego właściwości i współczynnik przepływu cieczy będzie miał wpływ sposób ułożenia i zagęszczenia. Badacze (Crouch i in. 2003) stwierdzili, że mechaniczne układanie nawierzchni o dużej powierzchni pozwoli uzyskać beton o jamistości około 18%, natomiast w przypadku ręcznego układania nawierzchni z tej samej mieszanki betonowej jamistość wzrośnie do 28%.

Konieczne jest zagęszczanie mieszanki betonu przepuszczalnego, aby zapewnić odpowiednie połączenie składników. Jednak zbyt duża energia zagęszczania zmniejszy porowatość przepuszczalnej mieszanki betonu, co z kolei zmniejszy przepuszczalność.

Szybkości przepływu wody przez beton przepuszczalny wynosi od 2 do 25 l/s/m², w zależności od wcześniej omówionych czynników.

Fot. 1. Beton przepuszczajacy wodę z kruszywa lekiego ze szkła spienionego (Fot.M.Kurpińska) Dotychczas nie przeprowadzono żadnych badań w celu ustalenia, w jakim czasie i stopniu nastąpi zamknięcie pustych przestrzeni pomiedzy ziarnami kruszywa lub jak różne zanieczyszczenia wpłyną na ich wypełnianie i korozję betonu. Konieczne byłoby przeprowadzenie badań w tym zakresie.

(5)

551

DNI BETONU 2018

2. Rys historyczny

W Europie przepuszczalny beton, najczęściej nazywany betonem jamistym, jest stosowany w budownictwie od około 150 lat. Początkowo wykorzystanie tego rodzaju betonu w Europie dotyczyło takich zastosowań, jak : prefabrykowane panele, elementy ścienne osłonowe lub ściany nośne wylewane na miejscu budowy jedno- i wielopiętrowych domów. Już w 1852 roku Richard Langley zastosował beton jamisty do budowy dwóch betonowych domów na wyspie Wight w Wielkiej Brytanii. Ten beton składał się tylko z gruboziarnistego żwiru, cementu i wody. Jednak więcej informacji na temat betonu jamistego pojawiło się w literaturze w 1923 roku, gdy w Edynburgu w Szkocji zbudowano 50 dwupiętrowych domów. Pod koniec lat 30. ubiegłego wieku Scottish Special Housing Association Limited zaakceptował możliwość stosowania betonu przepuszczalnego w budownictwie mieszkaniowym. W 1942 r. użyto go do budowy ponad 900 domów.

Po II Wojnie Światowej, poszukiwano najtańszych metod budowy budynków, a jedną z nich było właśnie zastosowanie betonu jamistego jako zamiennika niedostepnych ce- gieł. W niektórych krajach do produkcji betonu przepuszczalnego wykorzystywano gruz ceglany i mieszany. Z upływem czasu gruz został wyczerpany i zastąpiony kruszonym lub naturalnym kruszywem gruboziarnistym. Niższe koszty produkcji zachęcały do powszechnego stosowania betonu jamistego głównie, we wspomnianym budownictwie mieszkaniowym. Przykładem są budynki w Wielkiej Brytanii, Niemczech, Holandii, Fran- cji, Belgii, Szkocji, Hiszpanii, na Węgrzech, w Wenezueli, Afryce Zachodniej, na Bliskim Wschodzie, w Australii i Rosji.

Przed II Wojną Światową zastosowanie betonu jamistego ograniczono do budowy dwupiętrowych budynków, zaś później zmiana technologii pozwoliła na zastosowanie tego materiału w budynkach o wysokości do dziesięciu pięter. W Stanach Zjednoczonych betony jamiste stosowane były znacznie później. Powodem, dla którego wykorzystanie przepuszczalnego betonu w Stanach Zjednoczonych pozostaje daleko w tyle za krajami europejskimi, jest fakt, że kraj ten nie doświadczył niedoborów materiałów budowlanych, w związku z tym nie było konieczności podejmowania wysiłku w celu zbadania i opraco- wania nowych alternatywnych materiałów. Obecne zastosowania nie są tak skoncentro- wane na budownictwie mieszkaniowym, jak to było w przeszłości. Beton przepuszczalny wykorzystywany jest teraz przede wszystkim do układania nawierzchni dróg, parkingów, podjazdów lub chodników. Beton jamisty przepuszczający ciecze i gazy jest przedmiotem badań w ośrodkach naukowych na całym świecie. Znajduje coraz szersze zastosowania, również ze względu na swoje własciwości termoizolacyjne.

3. Materiały i metody badań

Prace doświadczalne przeprowadzone w laboratorium Technologii Betonu Politechniki Gdańskiej miały na celu określenie właściwości betonu przepuszczającego, przeznaczo- nego do wykonywania różnego rodzaju przegród budowlanych: pionowych i poziomych.

Do badań zastosowano cement portlandzki CEM I 42,5R (Lafarge Holcim) oraz dodatki pucolanowe popiół lotny krzemionkowy (Dolna Odra) oraz Zeobau 50 (Astra Technologia Betonu Straszyn). Skład chemiczny klinkieru portlandzkiego, popiołu oraz Zeobau 50 podano w tabeli 1.

(6)

552 DNI BETONU 2018

Tabela 1. Chemiczne i fizyczne składy klinkieru portlandzkiego, popiołu i zeolitu Compo-

nent

Cement Popiół Zeolit

[%] [%] [%]

SiO₂ 19,6 54,78 11,99

Al₂O₃ 5,1 24,17 24,43

Fe₂O₃ 3,1 6,36 1,02

CaO 63,0 4,28 0,32

MgO 1,0 3,06 1,14

Na₂Oeqq 0,11 1,25 0,77

SO₃ 2,9 0,57 0,12

W badaniach zastosowano kruszywa: naturalne granitowe łamane (G) frakcja 8/16 (Fot.1a), otoczakowe krzemionkowe (O) frakcja 8/16 (fot. 1b), pochodzące z recyklingu gruzu betonowego (R) frakcja 8/31,5 (fot. 1c) oraz kruszywa sztuczne wytworzone z su- rowców pochodzących z recyklingu np. spiekane popioły lotne (P) frakcja 4/12 (fot. 1d) i granulowane kruszywo ze szkła spienionego (S) frakcja 5/10 (fot. 1e). Istotny wpływ na jakość betonu ma tekstura i porowatość kruszywa. Wraz ze wzrostem porowatości kruszywa zmienia się przyczepność matrycy cementowej do powierzchni, a to ma wpływ na cechy fizyko-mechaniczne głównie na wytrzymałość na ściskanie i moduł sprężystości.

Na fot. 2 (a–d) przedstawiono rodzaje zastosowanych kruszyw.

a) b) c) d) e)

Fot. 2 Rodzaje kruszyw zastosowane w badaniach a) (G) grys granitowy 8/16 mm, b) (O) żwir 8/16 mm, c) (R) kruszywo z recyklingu 8/31,5 mm, d) (P) kruszywo lekkie popiołoporytowe 4/12 mm, e) (S) kruszywo lekkie ze szkła spienionego 5/10 mm, gdzie :

(G) grys granitowy – kruszywo naturalne, łamane, zawiera skalenie (ortoklazy i plagioklazy), kwarc, łyszczyk, hornblenda, augit,

(O) żwir – kruszywo naturalne otoczakowe, składa się z różnych rodzajów skał i jest zaliczany do kruszyw niejednorodnych ze względu na skład z różnych rodzajów skał, stąd z różnych mi- nerałów o odmiennych właściwościach,

(R) kruszywo z recyklingu gruzu betonowego; zawiera głównie żwir i stwardniałą zaprawę cementową,

(P) kruszywo lekkie popiołoporytowe – produkowane z popiołów lotnych powstałych po spalonym mielonym węglu w elektrociepłowniach,

(S) kruszywo lekkie ze szkła spienionego – otrzymywane ze spęcznienia stłuczki szklanej po- chodzącej z recyklingu, uprzednio zmielonej; kruszywo wypalane jest w piecu w temperaturze 1100-1200^oC. Ziarna są kuliste, lekkie o dużych porach; powierzchnia ziaren częściowo zamknięta, spieczona.

Właściwości fizyczne kruszyw przedstawiono w tabeli 2.

(7)

553

DNI BETONU 2018

Tabela 2. Właściwości fizyczne kruszyw [PN-EN 1097- 1÷11]

Właściwości Kruszywo

naturalne z recy-

klingu sztuczne grys gra-

nitowy żwir gruz beto-

nowy popioło-

porytowe ze szkła spienio-

nego

Frakcja 8/16 (G) 8/16 (O) 8/31,5 (R) 4/12 (P) 5/10 (S)

Zawartość zaprawy [% masy] - - 24 - -

Nasiąkliwość WA₂₄[%] 0,35 1,0 4,3 16,5 17,8

Mrozoodporność [%] wg PN-B-11112 0,6 1,5 2,9 4,7 4,9

Gęstość objętościowa ρ_a [Mg/m³] 2,70 2,66 2,45 1,35 0,35 Gęstość ziarn wysuszonych ρ_rd

[Mg/m³] 2,64 2,62 2,25 1,25 0,31

Gęstość ziarn nasyconych ρ_ssd

[Mg/m³] 2,67 2,65 2,40 1,29 0,33

Porowatość P% 1,50 1,55 7,40 37,0 42,0

Wskaźnik rozkruszenia X_r % 8,2 11,6 19,5 17,8 25,9

pH po 24 h 8,0 8,0 11,2 11,1 11,9

Gęstość nasypowa w stanie luźnym ρ_b

[Mg/m³] 1,52 1,47 1,60 0,81 0,18

4. Wyniki badań

Ustalenie optymalnego składu mieszanki betonu przepuszczającego stanowiło złożony proces, który obejmował wyselekcjonowanie składników, wykonanie serii zarobów labo- ratoryjnych oraz bieżącą analizę wyników. Zakładana wytrzymałość betonu na ściskanie 8 MPa, w przypadku zastosowania kruszyw lekkich, oraz minimum 25 MPa w przypadku zastosowania kruszyw naturalnych i z recyklingu. Zakładana konsystencja mieszanki betonowej V1. Do analizy wyników badań wybrano 5 rodzajów mieszanki betonowej z zastosowaniem różnego rodzaju kruszyw zgodnie z tabelą 3.

Tabela 3. Skład mieszanek betonu jamistego Seria CEM

I 42,5R Popiół Zeobau

50 W Piasek

0/2 8/16 (G) 8/16

(O) 8/31,5 (R) 4/12

(P) 5/10 (S) [kg/m³]

BP(G) 250 35 15 153 250 1392 - - - -

BP(O) 250 35 15 150 250 - 1380 - - -

BP(R) 250 35 15 156 250 - - 1257 - -

BP(P) 250 35 15 144 250 - - - 708 -

BP(S) 250 35 15 127 250 - - - - 190

(8)

554 DNI BETONU 2018

Badania betonu przeprowadzono w zakresie określenia gęstości, jamistości, wytrzy- małości na ściskanie i określenie modułu Younga.

Badania wytrzymałości na ściskanie przeprowadzono na próbkach sześciennych o boku 150 mm. Badania modułów sprężystości przeprowadzono na próbkach walcowych 150x300 mm. Istotne znaczenie podczas przygotowania próbek do badań ma sposób za- gęszczania mieszanki betonu jamistego. Przyjęto sposób zagęszczania mieszanki przez ubijanie ubijakiem Proctora o masie 2,5 kg zrzucanego z wysokości 305 mm. Próbki for- mowano w formach stalowych sześciennych. Próbki były ubijane w 2 warstwach, każda po 25 razy. Próbki walcowe ubijane były w trzech warstwach po 25 razy każda warstwa mieszanki. Próbki przechowywane były w pomieszczeniu o wilgotności względnej 95%

i w temperaturze 20^oC±2 zgodnie z PN-EN 12390-2. Badanie wytrzymałości betonu przeprowadzono po 7 i 28 dniach, natomiast badanie modułów sprężystości wykonano po 28 dniach na próbkach walcowych fot. 3.

a) b) c) d) e)

Fot. 3. Próbki walcowe betonu przepuszczającego kruszywo: a) granitowe, b) naturalne – oto- czak, c) z recyklingu, d) granulowane szkło spienione

Przed przystąpieniem do badań wytrzymałościowych betonu przepuszczającego, określono jego gęstość i jamistość. Gęstość każdej próbki w kg/m³ obliczono dzieląc masę próbki przez jej objętość. Jamistość została określona tak, iż wcześniej nawilżoną do stałej masy próbkę umieszczano w pojemniku o znanej objętości. Do pojemnika dolewano wodę, aż próbka została w niej całkowicie zanurzona. Po 1 godzinie zarejestrowano objętość wody potrzebnej do napełnienia pojemnika. Wodę odprowadzono za pomocą zaworu umieszczonego w dnie pojemnika i zarejestrowano objętość wody odzyskanej. Objętość pustek obliczono odejmując różnicę objętości pojemnika i objętości próbki, określone na podstawie obmiarów zewnętrznych. Następnie określono różnicę wody wlanej i różnicę wody odzyskanej. Jamistość określono przez podzielenie objętości pustek w próbce przez objętość próbki. Wyniki badań przedstawiono na rysunku 2.

Gęstość próbek wahała się od 2013,5 do 751,4 kg/m³,w zależności od rodzaju zastosowanego kruszywa. Jamistość próbek związana jest z wielkością kruszywa i wyniosła od 14,4 do 20,9%. Dla badanego zakresu gęstości regresja liniowa wykazuje zależność od- wrotną między gęstością a jamistością badanych próbek. Potwierdza to pogląd, że można uzyskać odpowiednią gęstość i jamistość w zależności od rodzaju i rozmiaru kruszywa.

Zatem możliwe jest modelowanie przepływu cieczy przez betony jamiste.

(9)

555

DNI BETONU 2018

Rys. 2. Wykres gęstości i jamistości betonu przepuszczającego

Wytrzymałość betonu na ściskanie została przeprowadzona zgodnie z PN-EN 12390-3.

Próbki sześcienne zostały zbadane za pomocą maszyny wytrzymałościowej Controls 50-C9842 Advantest9 o maksymalnej sile ściskającej 3000 kN. Próba wytrzymałości na ściskanie została przeprowadzona po 7 i 28 dniach. Podana wytrzymałość na ściskanie była średnią z 6 pomiarów próbek sześciennych o boku 150 mm. Wyniki badań wytrzy- małościowych pokazano na rysunku 3.

Rys. 3. Wytrzymałość na ściskanie

Najwyższą wytrzymałość po 28 dniach dla badanych serii betonu odnotowano w przypadku próbek betonu jamistego z kruszywa granitowego i wyniosła 33,6 MPa. Była ona wyższa od wytrzymałości betonu jamistego z kruszywa otoczakowego o ok. 6,5% i od betonu z kruszywa pochodzącego z recyklingu o 20,5%. Wytrzymałość betonu jamistego z kruszyw lekkich popiołoporytowych wyniosła 21,9 MPa i była wyższa od betonu jamistego z kruszywa ze szkła spienionego o 61,6%. Wytrzymałość betonu na ściskanie po 7 dniach w przypadku zastosowania kruszyw naturalnych i z recyklingu stanowiła ok.

50% wytrzymałości 28-dniowej. Inaczej jest w przypadku zastosowania kruszyw lekkich.

(10)

556 DNI BETONU 2018

Wytrzymałość betonu z kruszywa popiołoporytowego po 7 dniach stanowiła 85% wy- trzymałości 28-dniowej, natomiast wytrzymałość betonu jamistego z kruszywa ze szkła spienionego po 7 dniach stanowiła 94% wytrzymałości 28-dniowej. Założona wytrzymałość została osiągnięta zarówno w przypadku zastosowania kruszyw naturalnych, z recyklingu jak i w przypadku zastosowania kruszyw lekkich. Wraz ze zmniejszeniem gęstości wzrasta jamistość, a tym samym zmniejsza się wytrzymałość na ściskanie betonu. Istotne znaczenie ma struktura samego kruszywa, jednak bardzo duże znaczenie ma przyczepność zaczynu do powierzchni ziarna kruszywa oraz jakość i grubość otulenia ziarna zaczynem lub za- prawą cementową. Modele niszczenia próbek z kruszywem naturalnym i z kruszywem lekkim są różne. Ze względu na wymagane właściwości mechaniczne betonów jamistych, istotnymi parametrem jest, oprócz wytrzymałości na ściskanie, moduł sprężystości. Moduł Younga (E) to inaczej moduł odkształcalności liniowej albo moduł (współczynnik) spręży- stości podłużnej. Nazywamy nim wielkość określającą sprężystość materiału. Wyraża ona, charakterystyczną dla danego materiału, zależność względnego odkształcenia liniowego ε materiału od naprężenia σ, jakie w nim występuje w zakresie odkształceń sprężystych.

Moduł sprężystości betonu E jest wskaźnikiem odkształcalności podłużnej betonu i wyraża się stosunkiem naprężenia σ do odpowiadającego mu odkształcenia ε.

E = σ / ε

Badania modułów sprężystości przeprowadzono po 28 dniach dojrzewania zgodnie z PN-EN12390-13. Norma określa dwie metody A i B wyznaczania siecznego modułu sprężystości przy ściskaniu. Metoda A pozwala na określenie początkowego E_C,0 i ustabilizowanego E_C,S siecznego modułu sprężystości, a metoda B pozwala na określenie ustabilizowanego E_C,S modułu sprężystości. W badaniach betonu przepuszczającego wy- korzystano metodę B badania modułu sprężystości. Do oznaczenia modułu sprężystości stosuje się próbki walcowe o średnicy 150 mm i wysokości 300 mm, których górną i dolną powierzchnię należy odpowiednio przygotować, co gwarantuje jej osiowe ściskanie.

Zastosowano bazę pomiarową równą 150 mm, ekstensometry umocowano symetrycznie do osi próbki, a próbkę umieszczono centralnie w maszynie wytrzymałościowej w celu realizacji próby jednoosiowego ściskania. Przed zasadniczym badaniem współczynnika sprężystości betonu należy określić średnią wytrzymałość walcową betonu na ściskanie f_cm potrzebną do określenia górnego poziomu naprężeń w próbce σ_a. W tabeli 4 podano ustabilizowany sieczny moduł sprężystości betonów jamistych w zależności od zastosowanego kruszywa. Wyniki są średnimi wynikami z badań 3 próbek dla każdej serii.

Tabela 4. Początkowy i ustabilizowany sieczny moduł sprężystości

BP (G) BP (O) BP (R) BP (P) BP (S)

f⁷_cm 16,8 14,9 12,4 18,6 7,9

f²⁸_cm 33,6 31,4 26,7 21,9 8,4

E_C, 0[GPa] 27,8 26,4 23,4 12,86 14,82

E_C, S[GPa] 26,5 25,3 21,9 13,68 14,27

W celu określenia przyczepności matrycy cementowej do betonu wykonano zdjęcia za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego Hitachi Analytical TableTop SEM, model TM3030. Przeprowadzono badanie kruszywa granitowego, naturalnego otoczakowego i lekkiego ze szkła spienionego. Wyniki obserwacji zamieszczono na fotografiach 4 a), b), c).

(11)

557

DNI BETONU 2018

a) Kruszywo granitowe

b) Kruszywo naturalne otoczakowe

c) Kruszywo granulowane ze szkła spienionego

Fot. 4. Przyczepność matrycy cementowej do ziarna kruszywa (Fot. M.Kurpińska)

5. Wnioski

Beton przepuszczający ciecze i gazy może być innowacyjnym rozwiązaniem spełniającym określone wymagania fizyko-mechaniczne, a przy tym jest materiałem pro-ekologicznym i pro-środowiskowym Może być zastosowany w elementach poziomych, ale również jako pionowa przegroda. Dzięki zastosowaniu różnego rodzaju kruszyw możliwe jest mody- fikowanie właściwości betonu przepuszczajacego. Rodzaj użytego kruszywa bedzie miał wpływ na właściwości mechaniczne betonu jamistego. Ilość i wielkość przestrzeni między ziarnami, a zatem przepuszczalność cieczy i gazów zależy od jamistości stosu okruchowego oraz od ilości zaczynu lub zaprawy otaczającej ziarna kruszywa i wypełniającej pory.

Porowatość betonu przepuszczającego będzie tym większa, im większa jest jamistość stosu okruchowego i im mniejsze jest wypełnienie porów zaczynem lub zaprawą. Największą porowatość betonu przepuszczającego uzyskamy przy zastosowaniu jednej lub co najwyżej dwóch frakcji kruszywa grubego i przy zastosowaniu zamiast zaprawy, odpowiednio mniejszej ilości bezpiaskowego zaczynu cementowego [8]. Zaczyn cementowy spełnia rolę

(12)

558 DNI BETONU 2018

połączenia poszczególnych ziaren. W miarę wzrostu ilości zaczynu, wypełnia on w coraz większym stopniu jamy kruszywa. Jamistość jest więc cechą betonu przepuszczającego, niezależną od porowatości własnej ziarn kruszywa. Porowatość kruszywa związana jest ze strukturą stosu okruchowego oraz z budową ziarn. Może występować oddzielnie lub razem. Stan ten będzie miał wpływ na ciężar objętościowy stwardniałego betonu przepuszczajacego, jak i na jego właściwości fizyczne i przepuszczalność.

Literatura

[1] ACI Committee 522.: Pervious Concrete (ACI 522R-10),American Concrete Institute, Detroit (2010) [2] Behnood A., Olek J., Glinicki M.A.: Predicting modulus elasticity of recycled aggregate concrete using

M5′ model tree algorithm, Construction and Building Materials 94, 137-147

[3] Kurdowski W.: Chemia cementu i betonu; Wyd. Stowarzyszenie Producentów Cementu; Kraków 2010 [4] Kurpińska M.; Ferenc T. Effect of porosity on physical properties of lightweight cement composite

with foamed glass aggregate; II International Conference of Computational Methods in Engineering Science (CMES’17) 15/2017

[5] Kurpińska M.; Ferenc T.: Application of lightweight cement composite with foamed glass aggregate in shell structures; Shell Structures: Theory and Applications 4, -552, 2018

[6] Małolepszy J., Deja J., 2000 – Badania właściwości kruszyw do betonów

[7] Wilde K., Mariak A., Kurpińska M., Meronk B., Miśkiewicz M., Chróścielewski J.,Sabik A., Groth M.:

Monitoring dojrzewania betonu skrzynki mostu MS3/B DK-16 - sekcja S3.18P, prace PG 2017 [8] Michałek J., Wyznaczanie modułu sprężystości betonu przy ściskaniu, Materiały Budowlane, 2015/6, [9] Nevile A.M., Właściwości betonu, Polski Cement, Kraków 2000

[10] Piasta W., Budzyński W., Góra J., Wpływ rodzaju kruszywa grubego na odkształcalność betonów zwykłych, Przegląd Budowlany, 2012, 7-8, 35-38

[11] Seruga A., Kańka S., Lisowicz E., Moduł sprężystości betonów na kruszywie granitowym w świetle badań doświadczalnych, Technical Transactions, 2012, 103-117

[12] Siedlecka M., Suchocka M.: Wodoprzepuszczalne nawierzchnie a zrównoważony rozwój terenów miejskich; Drogownictwo 2/2017