BETON SAMOZAGĉSZCZALNY – MOĩLIWOĝCI ZASTOSOWANIA W INFRASTRUKTURZE WSI
Jacek M ądrawski, Daniel Zawal
Akademia Rolnicza w Poznaniu
Streszczenie. Beton samozagĊszczalny, coraz bardziej popularny w krajach zachodnich, USA oraz Japonii, jest uznawany za materiaá przyszáoĞciowy. Stosowany juĪ dziĞ doĞü po- wszechnie w obiektach inĪynierskich (elementy gĊsto zbrojone, fundamenty i fi lary mosto- we, páyty, zbiorniki, prefabrykacja), moĪe znaleĨü zastosowanie równieĪ w szeroko pojĊtej infrastrukturze wsi. Przemawia za tym wiele jego korzystnych cech zarówno na etapie mie- szanki betonowej (wyeliminowanie zagĊszczania wibracyjnego), jak i betonu stwardniaáe- go (duĪa wytrzymaáoĞü). Coraz czĊĞciej mówi siĊ równieĪ o korzyĞciach ekonomicznych.
Wyeliminowanie etapu zagĊszczania osiąga siĊ poprzez odpowiedni dobór skáadników i zastosowanie wysokoefektywnego kompatybilnego z cementem superplastyfi katora oraz dodatków mineralnych, takich jak popióá lotny czy mikrokrzemionka. WaĪnym aspektem jest równieĪ dobór kruszywa, które jest skáadnikiem najbardziej zmiennym (w zaleĪnoĞci od miejsca, z którego je uzyskano). Opracowanie odpowiednich procedur doboru stosu okruchowego okazuje siĊ kluczowe dla uzyskania betonu posiadającego, oprócz dobrych cech technologicznych i jakoĞciowych, równieĪ walory ekonomiczne. W wyniku badaĔ laboratoryjnych otrzymano kilka gotowych receptur mieszanek opracowanych dla róĪnych kompozycji kruszywa.
Sáowa kluczowe: beton samozagĊszczalny BSZ (SCC), dobór kruszywa, punkt piaskowy, chiĔska metoda ustalania skáadu BSZ (SCC), popióá lotny
WSTĉP
Technologia betonu samozagĊszczalnego (BSZ – ang. SCC – self compacting concre- te), z racji wielu korzystnych cech tego materiaáu zarówno na etapie mieszanki, jak i po związaniu i stwardnieniu, zyskuje coraz wiĊkszą rzeszĊ zwolenników w Ğwiecie nauki i w przemyĞle budowlanym. Szczególnie przodującymi krajami w dziedzinie betonu sa-
Adres do korespondencji – Corresponding author: Jacek Mądrawski, Daniel Zawal, Akademia Rolnicza w Poznaniu, Wydziaá InĪynierii ĝrodowiska i Melioracji, Katedra Mechaniki Budowli i Budownictwa Rolniczego, ul. Piątkowska 94, 61-691 PoznaĔ, e-mail: jacmad@au.poznan.pl, danzaw@au.poznan.pl
mozagĊszczalnego są: Japonia (kraj jego twórców – Okamury i Ozawy), a takĪe Stany Zjednoczone oraz Szwecja, Francja, Niemcy i Wáochy. Od kilku lat obserwuje siĊ wzmo- Īone zainteresowanie takĪe ze strony polskich naukowców i wykonawców.
Podstawową wáasnoĞcią BSZ, wynikającą z samej jego nazwy, jest bardzo dobra roz- lewnoĞü poáączona z samoczynnym wydaleniem z mieszanki pĊcherzyków powietrza pod wpáywem jej ciĊĪaru wáasnego. Mieszanka powinna przy tym posiadaü odpowiednią lepkoĞü, przeciwdziaáającą segregacji skáadników. KorzyĞci te przenoszą siĊ na stward- niaáy BSZ, dziĊki czemu posiada on doskonaáe wáaĞciwoĞci wytrzymaáoĞciowe i związa- ną z nimi trwaáoĞü.
Swoje wáaĞciwoĞci BSZ zawdziĊcza duĪej zawartoĞci drobnych ziaren, którą osiąga siĊ przez zastosowanie zwiĊkszonej iloĞci cementu (przyjmuje siĊ, Īe minimalna wartoĞü to 350 kgm–3) oraz stosowaniu jako mikrowypeániaczy dodatków mineralnych, takich jak: mączka wapienna (stosowana najczĊĞciej), popióá lotny, mikrokrzemionka, a takĪe poprzez zwiĊkszenie zawartoĞci najdrobniejszych frakcji kruszywa. PoniewaĪ wymagany dla BSZ wskaĨnik woda/cement powinien wynosiü nie wiĊcej niĪ 0,35, wiĊc iloĞü wody zarobowej ogranicza siĊ poprzez stosowanie wysokoefektywnego superplastyfi katora.
Przedstawione w artykule badania z zaáoĪenia miaáy na celu sprawdzenie nowej me- tody ustalania skáadu mieszanki betonu samozagĊszczalnego, zaproponowanej przez Su i innych [2001], która, wedáug autorów niniejszego opracowania, dziĊki swojej prostocie moĪe byü z powodzeniem stosowana w przyszáej aplikacji technologii betonu BSZ rów- nieĪ w obszarze budownictwa rolniczego. W jej kontekĞcie przyjrzano siĊ szczególnie roli kruszywa. Badania zmierzaáy w dwóch kierunkach. W pierwszym celem byáo znale- zienie korelacji miĊdzy skáadem stosu okruchowego kruszyw a konsystencją mieszanki BSZ, w drugim natomiast – okreĞlenie moĪliwoĞci ograniczenia iloĞci wypeániaczy na rzecz zwiĊkszenia iloĞci kruszywa, wedáug zaleceĔ metody chiĔskiej.
OBSZARY ZASTOSOWAē BETONU SAMOZAGĉSZCZALNEGO
WĞród potencjalnych zastosowaĔ BSZ wymienia siĊ przede wszystkim konstrukcje gĊstozbrojone, gdzie wspomniane samorozlewnoĞü i samoodpowietrzenie są cechami po- Īądanymi z racji utrudnionego dostĊpu sprzĊtu wibracyjnego. Ponadto w ostatnich latach coraz wiĊksze zainteresowanie wzbudza beton samozagĊszczalny w prefabrykacji i to juĪ nie tylko za granicą [Brameshuber i Uebachs 2001, Watson 2003, Hegger i in. 2003, BurgueĔo i Haq 2005], ale równieĪ w Polsce [ĝwierczyĔski 2002]. W samej tylko Japonii w 2000 roku poáowa betonu samozagĊszczalnego wykonywana byáa w zakáadach prefa- brykacji [Okamura i Ouchi 2003]. Zalety tego zastosowania BSZ są oczywiste. Po pierw- sze, mimo kosztów związanych z koniecznoĞcią dozowania domieszek, koszty produkcji prefabrykowanych elementów z betonu samozagĊszczalnego nie róĪnią siĊ od kosztów przy stosowaniu tradycyjnej technologii, o czym mówi juĪ wielu autorów, np. Uebachs i Brameshuber [2005]. Po drugie, technologia ta wskutek wyeliminowania etapu wibro- wania elementów staje siĊ bardziej produktywna. Po trzecie, równieĪ z tego powodu zaznacza siĊ zwiĊkszenie bezpieczeĔstwa i przyjaznoĞci Ğrodowiska pracy dla robot- ników poprzez wyeliminowanie haáasu związanego z wibracją [Watson 2003]. Zresztą odnosi siĊ to równieĪ do wykonywania betonu na budowach, zwáaszcza w oĞrodkach
miejskich, gdzie zanieczyszczenie haáasem jest juĪ i tak spore. Badania i zastosowania betonu SCC zmierzają równieĪ w kierunku wprowadzania w strukturĊ betonu mikrozbro- jenia w formie mikrowáókien (FRC – fi ber reinforced concrete). Tematowi temu poĞwiĊcili swoje badania m.in.: Grünewald i Walraven [2001], Boström [2004], Corinaldesi i Mori- coni [2004], Grunert i inni [2004] oraz Sahmaran [2005]. Pojawiają siĊ równieĪ informacje o stosowaniu BSZ w nawierzchniach drogowych [Goodier 2002]. Beton samozagĊszczalny wymienia siĊ takĪe jako doskonaáy materiaá do napraw powierzchniowych [Goodier 2002], a takĪe jako metoda szybkiego wykonywania posadzek betonowych [Reynolds 2004].
Warto jeszcze raz zwróciü uwagĊ na aspekt opáacalnoĞci ekonomicznej. Z wielu wzglĊdów, przede wszystkim z powodu koniecznoĞci stosowania duĪej iloĞci cementu oraz superplastyfi katorów, a takĪe z racji niedostatecznej wiedzy i braku doĞwiadczenia wĞród wykonawców, beton samozagĊszczalny jest uznawany za materiaá drogi. Dáugo twierdziáo siĊ, Īe cena betonu samozagĊszczalnego jest w porównaniu do betonu trady- cyjnego wyĪsza nawet o kilkadziesiąt procent. Obecnie coraz czĊĞciej okazuje siĊ, Īe w istocie tak nie jest – naleĪy byü ostroĪnym w ocenie ekonomicznej, nie moĪna bowiem zapominaü o innych korzyĞciach, które caákowity koszt redukują. Za prosty przykáad niech posáuĪy tutaj przytoczony przez Grzeszczyk [2002] przypadek z Japonii. Doty- czy on budowy 4-kilometrowego mostu Akashi-Kaiko – zastosowanie BSZ skróciáo czas jego budowy o póá roku, a wiĊc ograniczyáo koszty robocizny.
CZY BETON SAMOZAGĉSZCZALNY MOĩE ZAISTNIEû NA TERENACH WIEJSKICH?
Niestety maáo miejsca w literaturze poĞwiĊca siĊ aspektowi zastosowania betonu sa- mozagĊszczalnego w infrastrukturze wiejskiej. Praktycznie zagadnienie to jest jeszcze nierozwiniĊte, a przecieĪ w budownictwie wiejskim beton odgrywa znaczącą rolĊ jako materiaá przy wykonywaniu zbiorników na kiszonkĊ, zbiorników na gnojówkĊ, páyt gno- jowych, posadzek, a takĪe jako podstawowy materiaá w maáych oczyszczalniach Ğcie- ków. W miejscach tych beton naraĪony jest na róĪnorakie oddziaáywania, zwáaszcza na specyfi czną agresywnoĞü korozyjną, dlatego powinien odznaczaü siĊ wysoką jakoĞcią, zarówno w aspekcie wytrzymaáoĞci, jak i trwaáoĞci. Wobec tych faktów warto zwróciü siĊ w kierunku materiaáu wysokowartoĞciowego, speániającego podwyĪszone kryteria od- pornoĞci. Z drugiej strony nie moĪna pominąü kryterium ekonomicznego, które w prak- tyce czĊsto jest stawiane na pierwszym miejscu, chociaĪ nierzadko dziaáa siĊ tutaj bardzo krótkowzrocznie, nie przewidując efektów dáugoterminowych.
Niewątpliwie wymienione we wstĊpie zalety BSZ pozwalają uwaĪaü, Īe moĪe byü on dobrym materiaáem do zastosowania w wymienionych konstrukcjach. Pierwszym argu- mentem przemawiającym za takim twierdzeniem jest osiąganie przez BSZ duĪej wytrzy- maáoĞci na Ğciskanie. Domone [2006] podaje w artykule, w którym przedstawiá zbiorcze wyniki badaĔ na temat BSZ z ostatnich kilkunastu lat, Īe tylko w 12% badaĔ beton SCC uzyskiwaá 28-dniową wytrzymaáoĞü na Ğciskanie mniejszą niĪ 40 MPa, natomiast w 20%
przypadków okazywaá siĊ betonem wysokowytrzymaáym (wytrzymaáoĞü na Ğciskanie powyĪej 60 MPa). Potwierdziáo siĊ to takĪe w badaniach wáasnych. Powszechnie uwaĪa siĊ, Īe duĪa wytrzymaáoĞü zazwyczaj przenosi siĊ równieĪ na trwaáoĞü. Nie inaczej jest
w przypadku BSZ, który dziĊki zastosowaniu wysoefektywnych superplastyfi katorów ograniczających iloĞü wody uzyskuje szczelną strukturĊ. Pozostaje jeszcze kwestia od- pornoĞci korozyjnej. W badaniach de Belie’a i innych [1997] okazaáo siĊ, Īe w rolniczym Ğrodowisku agresywnym korzystne byáo zarówno stosowanie cementu o podwyĪszonej odpornoĞci na siarczany (HSR), jak i dodatek popioáu lotnego. Dodatek popioáu (30%
w stosunku do masy cementu) redukuje degradacje betonu przez soki kiszonkowe, cho- ciaĪ dodatek tylko 20% nie daje juĪ takiego efektu. Wedáug badaĔ Holta i Schodeta [2002], BSZ z dodatkiem popioáu lotnego miaá mniejszy skurcz niĪ z dodatkiem mączki wapiennej. W koĔcu popióá lotny wydaje siĊ byü odpowiednim dodatkiem równieĪ z tego oczywistego wzglĊdu, Īe zastąpienie nim czĊĞci cementu obniĪa cenĊ betonu.
Podobnie dzieje siĊ w przypadku ograniczenia cementu przez czĊĞciowe zastąpienie go kruszywem. Dobór kruszywa jest w zasadzie kluczowym czynnikiem, gdyĪ stano- wi ono blisko 80% objĊtoĞci betonu. Jego jakoĞü oraz skáad decydują o wáaĞciwoĞciach mieszanki oraz betonu stwardniaáego. Dowodem tego są badania Góry i Piasty [2004], w których betony wysokowartoĞciowe, wykonane z kruszyw wĊglanowych, uzyskiwaáy wiĊkszą niĪ przy uĪyciu innych kruszyw wytrzymaáoĞü. Ponadto rodzaj kruszywa wpáy- wa na obciąĪenia termiczne betonów, które naleĪy uwzglĊdniaü szczególnie w zbiorni- kach prostopadáoĞciennych. Wedáug JamroĪego [2002], najkorzystniejsze pod wzglĊdem odksztaáceĔ termicznych są kruszywa wĊglanowe (w stosunku do Īwirowych o 40%, do granitowych o 30%, do bazaltowych o 20%). Kruszywo w formie drobnego pyáu táuczniowego moĪe byü równieĪ zastĊpnikiem czĊĞci mikrowypeániaczy [Ho i in. 2002].
W takich przypadkach konieczne jest wiĊksze dozowanie superplastyfi katora, ale zwa- Īywszy na to, Īe są to odpady, a wiĊc nie powinny byü one drogie, ograniczenie kosztów ogólnych takĪe w tym przypadku staje siĊ moĪliwe.
OkreĞlanie iloĞci kruszywa jest róĪnie podawane w metodach projektowania mieszan- ki BSZ. Pierwsza i najbardziej znana metoda japoĔska Okamury oraz jej modyfi kacja JRMCS (Japanese Ready-Mixed Concrete Association) podają maáo szczegóáów o dobo- rze kruszywa, poza informacjami o jego iloĞci. Okamura i Ouchi [2003] podają, Īe punkt piaskowy powinien byü nie mniejszy niĪ 40%. Nieco wiĊcej uwagi poĞwiĊca kruszywu metoda zaproponowana przez de Larrarda [2004], w której dla kruszywa wykonuje siĊ tzw. wykres przepeánienia. Ze wzglĊdu na postulat ograniczenia iloĞci cementu warta uwa- gi jest najnowsza metoda chiĔska (Su i in. 2001). Jej autorzy proponują prosty algorytm, którego punktem wyjĞcia jest zaáoĪenie okreĞlonej wytrzymaáoĞci betonu oraz okreĞlenie wspóáczynnika upakowania kruszywa (wspóáczynnik upakowania kruszywa – stosunek masy kruszywa upakowanego do masy kruszywa luĨno usypanego) i relacji iloĞciowej poszczególnych skáadników (np. wzajemnej proporcji róĪnych dodatków). Metoda ta jest o tyle cenna, Īe, w porównaniu chociaĪby z metodą japoĔską, proponuje siĊ w niej mniej- szą iloĞü proszków, tzn. cementu i dodatków mineralnych, natomiast zwiĊksza siĊ udziaá kruszywa, a przede wszystkim piasku. DziĊki temu uzyskuje siĊ oszczĊdnoĞci, poniewaĪ kruszywo z racji dostĊpnoĞci jest taĔsze aniĪeli cement i dodatki mineralne, które nie- rzadko dostarczane są do miejsca wytwarzania betonu z odlegáych miejsc.
WáaĞnie ze wzglĊdu na aspekt áatwej (w wiĊkszoĞci przypadków) dostĊpnoĞci kru- szywa oraz jego niskiej, w porównaniu z innymi skáadnikami, ceny w naszych badaniach postanowiliĞmy przyjrzeü siĊ jego roli w betonie samozagĊszczalnym. Wydaje siĊ nam, Īe kwestia doboru kruszywa ma ogromne znaczenie dla aplikacji BSZ w budownictwie
rolniczym w najbliĪszej przyszáoĞci. Zainteresowanie betonem w najbliĪszym czasie w rolnictwie niewątpliwie wzroĞnie wskutek wymagaĔ, które nakáada na rolników usta- wa o nawozach z dnia 26 lipca (DzU nr 89, poz. 991 z póĨniejszymi zmianami). W myĞl jej postanowieĔ do koĔca 2008 roku rolnicy bĊdą musieli dostosowaü swoje gospodar- stwa do wymogów Unii Europejskiej, a to oznacza równieĪ koniecznoĞü posiadania, w przypadku prowadzenia produkcji zwierzĊcej, páyt gnojowych i obornikowych.
METODYKA BADAē
W pierwszym etapie z dostĊpnego kruszywa (frakcja 0/2 mm záoĪona z dwóch róĪ- nych piasków, frakcja 2/8 mm oraz frakcja 8/16 – krzywe uziarnienia przedstawiono na rys. 1) sporządzono 12 kompozycji, w których dokonano podziaáu w dwóch kierun- kach: ze wzglĊdu na zmiennoĞü punktu piaskowego (30, 35, 40 i 45%) oraz ze wzglĊdu na zróĪnicowanie proporcji frakcji (wzglĊdem siebie: dwóch drobnych – piaskowych, oraz dwóch pozostaáych – 2/8 i 8/16). W badaniu zaáoĪono, Īe skoro dla kaĪdej kom- pozycji kruszywa zastosuje siĊ te same iloĞci cementu oraz popioáu lotnego (jako do- datku mineralnego), to w okreĞlaniu iloĞci wody zarobowej kryterium podstawowym bĊdzie wodoĪądnoĞü kruszywa – w efekcie kaĪda z mieszanek charakteryzowaáa siĊ in- nym wspóáczynnikiem woda/cement. Jako upáynniacza zastosowano superplastyfi kator REMICRETE FM (Schomburg). Receptury badaĔ przedstawiono w tabeli 1. Wykonaną mieszankĊ BSZ badano na stoliku rozpáywowym z uĪyciem stoĪka Abramsa, mierząc czas osiągniĊcia rozpáywu (w sekundach) do Ğrednicy 50 cm, a takĪe ĞrednicĊ koĔcową.
Dla kaĪdej mieszanki okreĞlono równieĪ procentową zawartoĞü powietrza. Dla betonu stwardniaáego zbadano wytrzymaáoĞü na Ğciskanie na kostkach szeĞciennych – po 28 dniach od wykonania zarobów.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0,13 0,25 0,5 1 2 4 8 16
Ğrednica oczka sita – sieve size [mm]
przechodzi przez sito – passing [%].
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
Rys. 1. Przykáadowe krzywe przesiewu kruszywa uĪytego do badaĔ w pierwszym etapie Fig. 1. Simple grading curves of aggregate used for investigation in fi rst phase
Drugi etap badaĔ miaá na celu wykonanie mieszanki BSZ, wzorując siĊ na metodzie chiĔskiej, przy zastosowaniu dostĊpnych we wczeĞniejszych badaniach materiaáów. Wy- korzystano 3 frakcje kruszywa (0/2, 2/8 i 8/16), cement portlandzki CEM I 32,5 oraz popióá lotny. W pierwszym kroku zaáoĪono, Īe kruszywa skomponowane zostaną w wa- gowej relacji poszczególnych frakcji równej 1 : 1 : 1. NastĊpnie dla kaĪdej z frakcji okreĞlono gĊstoĞü nasypową w stanie luĨnym oraz wspóáczynnik upakowania (packing factor – PF). Wspóáczynnik upakowania okreĞlono równieĪ dla kompozycji – wyniósá on 1,18 (dokáadnie tyle samo, ile u badaczy chiĔskich). Mając te dane, obliczono masĊ kaĪdej z frakcji kruszywa na 1 m3, a nastĊpnie przy zaáoĪeniu, Īe przewidywana 28- -dniowa wytrzymaáoĞü betonu na Ğciskanie wyniesie 34,5 MPa, obliczono masĊ cementu, przyjmując do obliczeĔ wskaĨnik woda/cement na poziomie 0,35. W dalszej kolejnoĞci obliczono iloĞü popioáu lotnego w 1 m3, przyjmując wskaĨnik woda/popióá lotny takĪe na poziomie 0,35. W koĔcowym etapie przyjĊto iloĞü superplastyfi katora (VISCOCRETE 3 PL – SICA) na poziomie 2,0. Dla powyĪej sporządzonej mieszanki wykonano badania identyczne z wczeĞniejszymi. Dodatkowo, z racji przyjĊcia nowej metody projektowania (wczeĞniej wspomniane mieszanki wykonane byáy wedáug okreĞlonej wczeĞniej recep- tury), wykonano równieĪ badania na zaczynie i zaprawie (przy uĪyciu stosowanych przy okreĞlaniu cech BSZ stoĪka Hagermanna – Ğrednica rozpáywu zaczynu i zaprawy, oraz lejka V-funnel – czas wypáyniĊcia zaprawy) w celu oceny trafnoĞci przyjĊcia iloĞci su- perplastyfi katora.
Tabela 1. Skáad receptur Table 1. Composition of recipes
Ozna- czenie recep- tury Number of recipe
Punkt piasko-
wy Sand point
ĩwir Coarse aggre- gate K2-8
ĩwir Coarse aggre- gate K8-16
Piasek Sand Pdrobny
Piasek Sand Pgruby
Cement CEM I 32,5
Popióá lotny Fly ash
Woda Water
Super- plastyfi -
kator Super- plasti- cizer
[kg] [kg] [kg] [kg] [kg] [kg] [kg] [kg]
1.1 30% 642,0 642,0 218,8 328,2 148,4
1.2 35% 592,8 592,8 254,0 381,0 152,3
1.3 40% 544,1 544,1 288,9 433,3 156,1
1.4 45% 496,0 496,0 323,4 485,0 159,9
2.1 30% 632,6 632,5 269,5 269,5 150,3
2.2 35% 591,0 591,0 316,6 316,6
350,0 105,0 154,4
4,095
2.3 40% 542,2 542,5 359,9 359,9 158,5
2.4 45% 494,1 494,1 402,6 402,6 162,5
3.1 30% 767,6 511,7 272,5 272,5 150,9
3.2 35% 708,6 472,4 316,3 316,3 155,0
3.3 40% 650,2 433,4 359,6 359,6 159,0
3.4 45% 592,5 395,0 402,3 402,3 163,0
Ch 1 35% 636,56 567,8 – 646,39 250 165,3 142,45 8,306
WYNIKI
Uzyskany w badaniach wstĊpnych na stoĪku Hagermanna rozpáyw zaczynu (rys. 2a) byá nieregularny. Bardziej stabilny okazaá siĊ rozpáyw zaprawy (rys. 2b). Natomiast mie- szanki wykonane w pierwszym etapie charakteryzowaáy siĊ bardzo dobrym rozpáywem (rys. 2c), jedynie dla receptur z punktem piaskowym 30% pojawiaá siĊ efekt segregacji.
Zaskakująco dobre byáy równieĪ wyniki pomiaru zawartoĞci powietrza. Biorąc pod uwa- gĊ wáaĞnie ten parametr, najlepsze okazaáy siĊ receptury przy punkcie piaskowym 35%, które równieĪ w badaniach na stoliku rozpáywowym uzyskaáy wzorcowe wyniki. Wyniki z badaĔ wytrzymaáoĞci nie byáy zaskoczeniem – mieszanki z niĪszym punktem piasko- wym okazaáy siĊ lepsze od pozostaáych, co wynika z wiĊkszego udziaáu zasadniczo bar- dziej wpáywającego na wytrzymaáoĞü betonów kruszywa grubszych frakcji. Wszystkie wyniki przeprowadzonych badaĔ zestawiono na rysunkach 1, 3, 4, 5 oraz w tabeli 2.
a b c
Fot. 2. Wyniki rozpáywu zaczynu (a) – Ğrednica 51 cm, i zaprawy (b) – Ğrednica 33,5, z uĪyciem stoĪka Hagermanna dla mieszanki wykonanej wedáug zaleceĔ metody chiĔskiej, oraz wáaĞciwej mieszanki (c) – nieregularny rozpáyw zaczynu jest efektem uĪycia mniejszej iloĞci spoiw niĪ w innych metodach
Fig. 2. Results of slump fl ow paste (a) – 51 cm diameter, and mortar (b) – 33,5 cm diameter, in Hagermann method of mix made according to chinese mix design, and result of slump fl ow (c) of suitable mix – irregular slump fl ow of paste ist effect of use smaller content of powders than in another methods
62 64 66 68 70 72
30% 35% 40% 45%
punkt piaskowy sand point koĔcowa Ğrednica rozpáywu slump flow [cm]
Rec. 1.1 - 1.4 Rec. 2.1 - 2.4 Rec. 3.1 - 3.4
Rys. 3. ĝrednica rozpáywu dla mieszanek wykonanych wedáug receptur 1.1–3.4 Fig. 3. Slump fl ow in mixes made according to the recipes 1.1–3.4
Tabela 2. Wyniki badaĔ zaczynów, zapraw i mieszanek Table 2. Results of test of pastes, mortars and mixes
Numer recep- tury Num- ber of recipe
Punkt piasko-
wy Sand point
Zaczyn Paste
Zaprawa Mortar
Mieszanka Mix
ZawartoĞü powietrza Air con-
tent
Wytrzyma- áoĞü naĞciskanie Compresive strength StoĪek
Hager- manna Hager- mann cone
StoĪek Hager- manna Hager- mann cone
Czas wypáywu
z lejka V-funnel V-funnel
time
ĝrednica rozpáywu Slump
fl ow
rozpáywuCzas T50 Slump fl ow T50
[cm] [cm] [s] [cm] [s] [%] [MPa]
1.1 30% – 32,5 – 70,0 4,8 2,9 69,0
1.2 35% – 31,8 – 70,7 4,7 2,9 73,6
1.3 40% – 30,3 – 69,3 5,0 4,7 58,9
1.4 45% – 17,3 – 65,0 5,8 5,1 48,8
2.1 30% – 33,5 – 69,3 4,5 4,0 71,4
2.2 35% – 31,7 – 68,3 3,8 3,4 60,4
2.3 40% – 29,3 – 65,3 4,8 4,5 54,5
2.4 45% – 21,5 – 63,7 5,0 5,7 61,0
3.1 30% – 33,5 – 65,7 5,2 4,1 73,3
3.2 35% – 31,7 – 67,3 4,3 3,2 64,0
3.3 40% – 29,3 – 65,7 4,8 4,8 57,2
3.4 45% – 21,5 – 64,3 5,7 5,6 58,0
Ch 1 47% 51 33,5 3,5 63,0 7,0 3,8 38,0*
* Beton wykonany po 7 dniach.
Concrete made after 7 days.
2 3 4 5 6
30% 35% 40% 45%
punkt piaskowy sand point zawartoĞü powietrza. air content [%] .
Rec. 1.1 - 1.4 Rec. 2.1 - 2.4 Rec. 3.1 - 3.4
Rys. 4. ZawartoĞü powietrza dla mieszanek wykonanych wedáug receptur 1.1–3.4 Fig. 4. Air content in mixes made according to the recipes 1.1–3.4
DYSKUSJA WYNIKÓW
Wielce obiecujące, choü z pewnymi zastrzeĪeniami, okazaáy siĊ wstĊpne badania BSZ metodą chiĔską. W porównaniu z badaniami autorów tej metody w naszym przypadku nie zastosowano jako drugiego dodatku granulowanego ĪuĪla wielkopiecowego. Jedy- nym wypeániaczem byá zatem popióá lotny. Badanie na zaczynie z racji uĪycia mniejszej iloĞci spoiwa nie daáo wyniku wymaganego w przypadku BSZ – rozpáyw w metodzie Hagermanna byá duĪy i nieregularny. Bardzo dobry okazaá siĊ natomiast rozpáyw dla za- prawy oraz czas wypáywu z lejka V-funnel. Przeniosáo siĊ to na wynik mieszanki betono- wej, która dobrze siĊ rozpáynĊáa i nastąpiáo w niej samoodpowietrzenie. Niestety pewną wadą byáa minimalna segregacja objawiająca siĊ efektem bleedingu (wypáywu zaczynu na powierzchniĊ betonu). Mieszanka miaáa teĪ dáuĪszy czas wiązania. Wspomniane wady wynikaáy z duĪej zawartoĞci popioáu oraz przypuszczalnie ze zbyt maáej zawartoĞci naj- drobniejszych ziaren (< 0,25 mm), które w BSZ wspóádziaáają z mikrowypeániaczami.
W przypadku metody chiĔskiej wydaje siĊ zatem konieczne stosowanie jako drugiego wypeániacza ĪuĪla wielkopiecowego. Metoda ta jest jednak bardzo obiecująca, bo mimo wiĊkszej zawartoĞci kruszyw, a mniejszej spoiwa, co stoi w niezgodzie z najbardziej znaną metodą japoĔską, uzyskano bardzo dobre wyniki wytrzymaáoĞci na Ğciskanie – po 7 dniach wyniosáa ona 38 MPa, czyli nawet wiĊcej niĪ wynikaáo z obliczeĔ po 28 dniach.
Biorąc uzyskane wyniki caáoĞciowo, moĪna stwierdziü, Īe przeczą one twierdzeniu, iĪ minimalny punkt piaskowy powinien wynosiü w BSZ 40%. Okazuje siĊ, Īe wymaganie to niekoniecznie musi byü speánione dla uzyskania dobrej mieszanki, a nawet moĪe osáa- biü beton (o czym Ğwiadczy wiĊksza zawartoĞü powietrza).
WNIOSKI
Stwierdzono,Īe dla dostĊpnego kruszywa istnieje optymalna wartoĞü punktu pia- skowego, która zapewnia mieszance BSZ wáaĞciwoĞci najlepsze z moĪliwych do uzy- skania przy uĪyciu tych kruszyw. W naszym przypadku najlepsze okazaáy siĊ betony
1.
45 50 55 60 65 70 75 80
30% 35% 40% 45%
punkt piaskowy sand point wytrzymaáoĞü na Ğciskanie compresive strength [MPa]
Rec. 1.1 - 1.4 Rec. 2.1 - 2.4 Rec. 3.1 - 3.4
Rys. 5. WytrzymaáoĞü na Ğciskanie betonów wykonanych wedáug receptur 1.1–3.4
Fig. 5. Compressive strenght of hardened concrete made according to to the recipes 1.1–3.4
przy zastosowaniu kruszywa z punktem piaskowym 35%, a wiĊc niĪszym niĪ zalecany w literaturze (40%). Mieszanki te charakteryzowaáy siĊ zarówno dobrym rozpáywem, jak i najmniejszą zawartoĞcią powietrza. W mieszankach z punktem piaskowym 30% poja- wiaáa siĊ segregacja skáadników.
ZmiennoĞü punktu piaskowego w oczywisty sposób przekáadaáa siĊ w BSZ na podstawową wáaĞciwoĞü stwardniaáego betonu, którą jest wytrzymaáoĞü na Ğciskanie. Be- tony przy niĪszych punktach piaskowych miaáy zazwyczaj wiĊksze wytrzymaáoĞci (co jest oczywiste z racji wiĊkszej iloĞci kruszywa grubego).
Przy wykonaniu BSZ prostą, w zaáoĪeniach, metodą chiĔską przy mniejszej za- wartoĞci cementu otrzymano zaskakująco dobre wyniki podczas badania wytrzymaáoĞci betonu na Ğciskanie. Przy wynikającej z obliczeĔ wytrzymaáoĞci (po 28 dniach) 34,5 MPa juĪ po 7 dniach uzyskano wytrzymaáoĞü 38 MPa.
PIĝMIENNICTWO
Boström L., 2004. Polypropylene fi bres improve the fi re resistance of self-compacting concrete.
Betonwerk und Fertigteil-Technik/Concrete Precasting Plant and Technology 70 (1), (http://www.bft-online.info).
Brameshuber W., Uebachs S., 2001. Practical experience in using self-compacting concrete at the precasting plant – studies on the mix design. Betonwerk und Fertigteil-Technik/Concrete Precasting Plant and Technology 67 (1), (http://www.bft-online.info).
Burgueño R., Haq M., 2005. Development length of prestressing strands in precast/prestressed girders using self compacting concrete. Proceedings of the Structures Congress and Ex- position.
Corinaldesi V., Moriconi G., 2004. Durable fi ber reinforced self-compacting concrete. Cement and Concrete Research 34 (2), 249–254.
de Belie N., Debruyckere M., van Nieuwenburgs D., de Blaeres B., 1997. Attack of Concrete Floors in Pig Houses by Feed Acids: Infl uence of Fly Ash Addition and Cement-bound Surface Layers. Journal of Agricultur Ingeneering Research 68, 101–138.
de Larrard F., 2004. Naukowa metoda ustalania skáadu mieszanki betonowej. Konferencja Dni Betonu, Wisáa 2004, 81–94.
Domone P.L., 2006. Self-compacting concrete: An analysis of 11 years of case studies. Cement &
Concrete Composites 28 (2), 197–208.
Goodier C., 2002. Design and use of self-compacting concrete. Concrete Engineering International 6 (4).
Góra J., Piasta W., 2004. Wpáywy kruszyw áamanych na wáaĞciwoĞci wytrzymaáoĞciowe betonów wysokiej jakoĞci. Konferencja Dni Betonu, Wisáa 2004, 369–376.
Grunert J.P., Strobach C.-P., Teutsch M., 2004. Prestressed steelfi ber-reinforced SCC beams with- out steel reinforcement. Betonwerk und Fertigteil-Technik/Concrete Precasting Plant and Technology 70 (4), (http://www.bft-online.info).
Grünewald S., Walraven J.C., 2001. Parameter-study on the infl uence of steel fi bers and coarse ag- gregate content on the fresh properties of self-compacting concrete. Cement and Concrete Research 31 (12), 1793–1798.
Grzeszczyk S., 2002. Beton samozagĊszczalny – projektowanie, wáaĞciwoĞci, kierunki rozwoju.
InĪynieria i Budownictwo 9, 465–468.
Hegger J., Görtz .S., Kommer B., Tigges C., Drössler C., 2003. Prestressed precast beams made of self-compacting concrete. Betonwerk und Fertigteil-Technik/Concrete Precasting Plant and Technology 69 (8), (http://www.bft-online.info).
2.
3.
Ho D.W.S., Sheinn A.M.M., Ng C.C., Tam C.T., 2002. The use of quarry dust for SCC applications.
Cement and Concrete Research 32 (4), 505–511.
Holt E., Schodet O., 2002. Self-compacting Concrete: early age shrinkage, Technical Report. Tech- nical Research Centre of Finland Vtt Building and Transport, 10.12.2002.
JamroĪy Z., 2002. O systematyce nazewnictwo związanego z betonem. InĪynieria i Budownictwo 11, 616–619.
Okamura H., Ouchi M., 2003. Self Compacting Concrete. Journal of Advances Concrete Techno- logy 1.
Reynolds J., 2004. Fast and fl at – The ideal structural topping. Concrete (London) 38 (7).
Sahmaran M., Yurtseven A., Ozgur Yaman I., 2005. Workability of hybrid fi ber reinforced self- compacting concrete. Building and Environment 40 (12), 1672–1677.
Su N., Hsu K.-C., Chai H.-W., 2001. A simple mix design method for self-compacting concrete.
Cement and Concrete Research 31 (12), 1799–1807.
ĝwierczyĔski W., 2002. Produkcja prefabrykatów betonowych w technologii ASCC I SCC. IV Sympozjum Naukowo-Techniczne „Reologia w technologii betonu”. GóraĪdĪe Cement, Gliwice 2002.
Uebachs S., Brameshuber W., 2005. Economical assessment of self-compacting concrete in the precast element plant. Betonwerk und Fertigteil-Technik/Concrete Precasting Plant and Technology 71 (2), (http://www.bft-online.info).
Watson N., 2003. Self-compacting concrete: The future of precast cladding. Concrete (London) 37 (2).
SELF COMPACTING-CONCRETE – POSSIBLE APPLICATION IN INFRASTRUCTURE OF VILLAGE
Abstract. Self-compacting concrete (SCC), increasingly popular in Japan, USA and we- stern countries of Europe, is an accepted structural material for the future. More and more common use of in ingineering objects (congested reinforcement elements, foundations, bridge piers, slabs, tanks, precast industry) makes it possible to apply SCC technology in the village infrastructure. Particular advantages, regarding both fresh concrete (elimination of vibration) and hardened concrete (high strength and durability) and also economical aspects seem to be especially prosperous. Elimination of vibration is achieved by the pro- per choice of SCC constituents, including high effective superplasticizer, compatible with cement and mineral fi llers, such as fl y ash, silica fume, etc. The correct selection of the aggregate seems to be an important aspect of SCC technology as well. The aggregate is one of particulary changeable component of the concrete, taking into account its origin. Hence, the development of a suitable procedure for design of the aggregate stock is the essential issue in SCC technology. The paper presents results of studies on self-compacting concrete mixes designed at the different quantitative relation between the coarse and fi ne aggregates.
Particular attention was paid to the value of sand point (30, 35, 40, 35%). The authors tried to verify Chinese mix design method for SCC, decreasing the amounts of cement. The pro- perties of fresh concretes (initial slump, slump-fl ow, air content) and hardened concretes (compressive strength) were compared and analysed.
Key words: Self-compacting concrete, aggregate selection, sand point, chinese mix design of SCC, fl y ash.
Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 2.02.2007
