statyba ir architektŪra - ktu.eduktu.edu/uploads/files/fakultetai/statybos ir architektūros... ·...
TRANSCRIPT
STATYBA IR ARCHITEKTŪRA
Jaunųjų mokslininkų konferencijos pranešimų medžiaga
KAUNAS * 2013
STATYBOS IR
ARCHITEKTŪROS
FAKULTETAS
2
Kauno technologijos universitetas
STATYBA IR ARCHITEKTŪRA
Jaunųjų mokslininkų konferencijos pranešimų medžiaga
Technologija Kaunas · 2013
3
Konferencijos mokslinis komitetas:
Pirmininkas: doc. Mindaugas Augonis
Sekretorius dr. Nerijus Adamukaitis
Nariai: Doc. Kęstutis Zaleckis
Doc. Mindaugas Daukšys
Doc. Andrius Jurelionis
Doc. Vitoldas Vaitkevičius
Konferenciją organizuoja
Kauno technologijos universiteto Statybinių konstrukcijų katedra
Autorių kalba netaisyta
© Kauno technologijos universitetas, 2013
4
TURINYS
KOMPOZITINIŲ PERDANGŲ SU PLIENINIU PAKLOTU ĮLINKIO
TYRIMAS
K.Bobina .............................................................................................................. .. 6
SIENOS OPTIMALIOS ŠILUMINĖS VARŽOS NUSTATYMAS
MAKROEKONOMINIU IR FINANSINIU SKAIČIAVIMAIS
Š.Gumauskas ......................................................................................................... 11
MODIFIKUOTOS CEOLITINĖS ATLIEKOS ĮTAKA CEMENTINIO
AKMENS SAVYBĖMS
K.Jočys, V.Geležiūnas, J.Taparauskas, D.Vaičiukynienė, V.Vaitkevičius ........... 17
PORTLANDCEMENČIO TINKAMUMO TERMINO PRAILGINIMAS
NAUDOJANT CEOLITINĮ PRIEDĄ
M.Mičelytė, D.Kaminskas, D.Vaičiukynienė, A.Kantautas .................................. 22
KLINTIES PRIEDO ĮTAKA PORTLANDCEMENČIO FIZIKINĖMS –
MECHANINĖMS SAVYBĖMS
M. Kazlauskas, D. Vaičiukynienė, V. Sasnauskas, V. Vaitkevičius ..................... 26
ŠIUOLAIKINIŲ STAMBIAPLOKŠČIŲ NAMŲ STATYBOS
TECHNOLOGIJŲ ANALIZĖ
M.Kumža, M.Daunoravičius ................................................................................. 31
INTENSYVIOS IR VIBRO MAIŠYKLIŲ ĮTAKA YPATINGAI STIPRAUS
BETONO SAVYBĖMS
M.Lazauskas, E.Šerelis .......................................................................................... 37
BALTOJO CEMENTO PANAUDOJIMAS GAMINANT YPATINGAI
STIPRŲ BETONĄ
R.Lygutaitė, V.Vaitkevičius .................................................................................. 44
ORO SRAUTŲ KOMPIUTERINIS MODELIAVIMAS DIDELIO
UŽIMTUMO PATALPOSE
K.Navickaitė, A.Jurelionis ................................................................................ .... 51
EKSPLOATUOJAMŲ DAUGIAFUNKCINIŲ SPORTO AIKŠTELIŲ
DANGŲ DEFEKTŲ ANALIZĖ
P.Paulauskas ............................................................................. ............................. 57
ARMATŪROS INKARAVIMO GELŽBETONINIUOSE
ELEMENTUOSE TYRIMAI
E.Ripkauskas ......................................................................................... ................ 63
5
GAMTINIO CEOLITO KLINOPTILOLITO PRIEDO ĮTAKA
STATYBINIAMS MIŠINIAMS
M.Ronkauskas, V.Sasnauskas ............................................................................... 69
ĮVAIRIŲ KONSTRUKCIJŲ ŽALIUZIŲ ĮTAKA LANGŲ
ŠILUMINĖMS SAVYBĖMS
G.Šarlauskas ...................................................................................... .................... 74
AKTYVUOTO STIKLO PANAUDOJIMAS CEMENTINĖSE
SISTEMOSE
M.Šukutis, D.Vaičiukynienė, V.Vaitkevičius ....................................................... 83
KAUNO JĖZUITŲ KOMPLEKSO PLĖTROS IDĖJA / TERASOS
APŽELDINIMO VIZIJA
V.Vaitkevičiūtė, M.Bartkutė ................................................................................. 89
PLASTIKO TEKINIMO ATLIEKŲ ĮTAKA CEMENTINIO AKMENS
FIZIKINĖMS IR MECHANINĖMS SAVYBĖMS
L.Venčkauskas, M.Daukšys .................................................................................. 94
6
KOMPOZITINIŲ PERDANGŲ SU PLIENINIU
PAKLOTU ĮLINKIO TYRIMAS
Deflection Analysis of Composite Floor with Steel Decking
Kęstutis Bobina
Kauno technologijos universitetas
Abstract. Profiled steel sheet composition with a layer of concrete is the optimum building ceiling
design solution. These design solutions helps to significantly reduce construction costs, saving up to 30% of the concrete produced good structural strength and stiffness are not necessary formwork, fast
installation, low construction height and weight. Such structures are used in residential and commercial buildings, ceilings installed (Dowling et al. 1997).
This composite decking is structurally more efficient because it uses two materials strengths, ie
tensile strength of steel elements and concrete compressive strength. Among other things, distinguishes the following major benefits [3] [4]:
Speed of construction
Safe method of construction Easier design
Transport
Structural Stability Deflection - a key aspect of the design of overlays.
Key words: composite floor, steel decking, deflection.
Įvadas
Profiliuotųjų plieninių lakštų komponavimas su betono sluoksniu yra
optimalus pastatų perdangų konstrukcijos sprendinys. Šie konstrukciniai
sprendiniai padeda gerokai sumažinti konstrukcijos kainą, sutaupoma iki 30 %
betono, gaunamas geras konstrukcijos stiprumas ir standumas, nereikalingi
klojiniai, greitas įrengimas, mažas konstrukcijos aukštis ir svoris. Tokios
konstrukcijos yra naudojamos gyvenamųjų ir komercinių pastatų perdangoms
įrengti (Dowling et al. 1997).
Šios kompozitinės perdangos yra struktūriškai veiksmingesnės, nes naudoja
dviejų medžiagų stipriąsias savybes, t.y. plieninių elementų atsparumą tempimui ir
betono atsparumą gniuždymui. Be kita ko, išskiriami tokie pagrindiniai privalumai
[3][4]:
Statybos greitis
Saugus statybos būdas
Lengvesnė konstrukcija
Transportavimas
Pastovumas
Įlinkis – esminis aspektas projektuojant perdangas.
7
1. Kompozitinės perdangos su plieniniu paklotu įlinkio skaičiavimo
metodika pagal en 1994-1-1:2004 Projektuojant pagal 4 Eurokodą turi būti atsižvelgiama į visas svarbias
projektines situacijas ir ribinius būvius, kad būtų užtikrintas reikiamas saugos ir
tinkamumo lygis. Turi būti atsižvelgta į tokias situacijas [1]:
plieninis lakštinis profiliuotis veikia kaip klojinys: būtina plieninio
lakštinio profiliuočio, kai jis veikia kaip šviežio betono klojinys, elgsenos
patikra. Turi būti atsižvelgiama į galimų pasparų poveikį;
kompozitinė plokštė: būtina perdangos plokštės, atsiradus kompozito
elgsenai ir pašalinus pasparas, patikra.
Vien plieninį lakštinį profiliuotį veikiančių apkrovų sukeltieji įlinkiai
apskaičiuojami atsižvelgiant į EN 1993-1-3 7 skyrių [2]. Kompozitinį elementą
veikiančių apkrovų sukeltieji įlinkiai apskaičiuojami tampriąja analize,
atsižvelgiant į traukumo poveikį. Nekarpytosios plokštės, kurios šlyjamoji jungtis
atitinka 9.1.2.1 a), b) arba c) nuostatas [1], vidurinio tarpatramio įlinkis gali būti
gaunamas iš tokių prielaidų:
skerspjūvio ploto inercijos momentas gali būti imamas kaip supleišėjusio
ir nesupleišėjusio skerspjūvių reikšmių vidurkis;
gali būti vartojamas ilgalaikių ir trumpalaikių poveikių paveikto betono
tamprumo modulių santykio vidurkis
Įlinkių skaičiuoti nebūtina, jei laikomasi tokių sąlygų [1]:
esant mažiems betono įtempiams ir tarpatramio bei storio santykiui
neviršijant EN 1992-1-1 7.4 nurodytų ribų;
laikomasi sąlygos, neigiančios galinio poslinkio poveikį.
Plieninio pakloto įlinkis:
(1.1)
Apkrova tinkamumo sąlygoms patikrinti:
(1.2)
Įlinkis turi neviršyti ribinio, kuris yra mažiausias iš šių:
lo / 180 (lo – skaičiuotinis tarpatramio ilgis);
20 mm (absoliuti maksimali reikšmė);
perdangos storis / 10.
Kompozitinės perdangos įlinkis:
(1.3)
Įlinkis dėl deformacijos pašalinus laikinas atramas [5]:
8
(1.4)
Įlinkis nuo ilgalaikių apkrovų:
(1.5)
Įlinkis nuo trumpalaikių apkrovų:
(1.6)
Įlinkis nuo betono susitraukimo [5]:
(1.7)
Ribinis kompozitinės perdangos įlinkis L/250.
2. Tyrimų rezultatai
Norint nustatyti kompozitinės perdangos įlinkio tendenciją, remiantis EN
1994 bus paskaičiuotos įlinkio reikšmės montuojant be ir su viena eile pasparų.
Apkrovos, betonas, daliniai koeficientai priimami vienodi. Pagrindiniai kintamieji,
kuriais bus varijuojama, tai:
a) pakloto aukštis (tipas) – 60, 80, 100, 210 mm (1 pav.);
b) kompozitinės perdangos aukštis – 130, 150, 160, 180, 200, 220, 280, 310,
350, 400 mm;
c) tarpatramio ilgis – 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5 m.
Rezultate pateikiami profiliuoto pakloto (montavimo etape) ir kompozitinės
perdangos (ekspoatavimo etape) įlinkiai. Skaičiavimai atliekami didinant
tarpatramį iki pasiekiamas maksimalus ribinis montavimo ar eksploatavimo etapo
įlinkis.
1 pav. Profiliuoti paklotai ComFlor [6]
9
2.1 lentelė. Kompozitinės perdangos be pasparų įlinkių vertės
Profiliuočio
aukštis, mm
Perdangos
aukštis,
mm
Įlinkis, mm
Tarpatramis, m
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
210
400 Pakloto 2,9 5,7 9,8 15,6 -
Kompozito 0,5 0,8 1,3 1,9 -
350 Pakloto 2,4 4,7 8,2 13,0 19,4
Kompozito 0,7 1,2 1,9 2,7 3,9
310 Pakloto 2,0 4,0 6,9 10,9 16,3
Kompozito 0,9 1,5 2,3 3,4 4,8
280 Pakloto 1,8 3,4 5,9 9,4 14,0
Kompozito 1,0 1,6 2,5 3,8 5,4
100
220 Pakloto 6,1 12,0 - - -
Kompozito 1,1 1,9 - - -
200 Pakloto 5,6 10,9 18,9 - -
Kompozito 1,3 2,3 3,7 - -
180 Pakloto 5,1 9,9 17,1 - -
Kompozito 1,6 2,7 4,4 - -
160 Pakloto 4,5 8,9 15,3 - -
Kompozito 1,8 3,1 5,1 - -
80
200 Pakloto 7,6 14,8 - - -
Kompozito 1,1 2,0 - - -
180 Pakloto 6,9 13,5 - - -
Kompozito 1,4 2,5 - - -
150 Pakloto 7,3 14,3 - - -
Kompozito 2,0 3,5 - - -
130 Pakloto 5,2 10,2 17,6 - -
Kompozito 2,1 3,9 6,5 - -
60
200 Pakloto 14,1 - - - -
Kompozito 0,9 - - - -
180 Pakloto 12,9 - - - -
Kompozito 1,2 - - - -
150 Pakloto 11,1 - - - -
Kompozito 1,7 - - - -
130 Pakloto 9,9 19,4 - - -
Kompozito 2,2 3,9 - - -
2.2 lentelė. Kompozitinės perdangos su 1 eile pasparų įlinkių vertės Profiliuočio
aukštis,
mm
Perdangos
aukštis,
mm
Įlinkis, mm
Tarpatramis, m
3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5
210
400 Pakloto 1,2 2,0 2,9 4,2 5,7 7,6 9,8 12,5 15,6 19,2
Kompozito 1,3 2,0 2,8 3,9 5,2 6,9 9,0 11,5 14,6 18,3
350 Pakloto 1,0 1,6 2,4 3,5 4,7 6,3 8,2 10,4 13,0 -
Kompozito 1,9 2,8 3,9 5,4 7,2 9,5 12,4 15,8 20,0 -
310 Pakloto 0,9 1,4 2,0 2,9 4,0 5,3 6,9 8,8 10,9 -
Kompozito 2,3 3,4 4,8 6,7 9,0 11,9 15,5 19,9 25,2 -
280 Pakloto 0,9 1,5 2,2 3,2 4,4 5,8 7,5 - - -
Kompozito 2,7 4,0 5,8 8,2 11,3 15,3 20,2 - - -
100
220 Pakloto 2,6 4,1 6,1 8,7 12,0 15,9 20,7 - - -
Kompozito 3,0 4,6 6,8 9,6 13,2 17,9 23,8 - - -
200 Pakloto 2,4 3,7 5,6 8,0 10,9 14,5 - - - -
Kompozito 3,7 5,6 8,2 11,6 16,1 21,8 - - - -
180 Pakloto 2,1 3,4 5,1 7,2 9,9 - - - - -
Kompozito 4,4 6,7 9,9 14,1 19,6 - - - - -
10
160 Pakloto 1,9 3,0 4,5 6,5 8,9 - - - - -
Kompozito 5,1 7,9 11,8 17,0 23,9 - - - - -
80
200 Pakloto 3,4 5,5 8,2 11,6 15,9 - - - - -
Kompozito 3,3 5,1 7,5 10,8 15,2 - - - - -
180 Pakloto 3,1 4,9 7,3 10,4 14,3 - - - - -
Kompozito 4,1 6,3 9,3 13,4 18,8 - - - - -
150 Pakloto 2,6 4,2 6,2 8,9 12,2 - - - - -
Kompozito 5,5 8,6 13,0 18,9 26,6 - - - - -
130 Pakloto 2,3 3,7 5,5 7,9 - - - - - -
Kompozito 6,6 10,5 16,1 23,7 - - - - - -
60
200 Pakloto 5,9 9,4 14,1 20,1 - - - - - -
Kompozito 2,6 4 6,1 8,9 - - - - - -
180 Pakloto 3,0 8,5 12,7 18,1 - - - - - -
Kompozito 3,4 5,3 7,9 11,4 - - - - - -
150 Pakloto 4,7 7,4 11,1 15,8 - - - - - -
Kompozito 5 7,9 11,8 17,2 - - - - - -
130 Pakloto 4,2 6,6 9,9 14,1 - - - - - -
Kompozito 6,6 10,3 15,6 22,8 - - - - - -
Išvados
1. Nenaudojant pasparų optimalus kompozitinės perdangos tarpatramio ilgis
yra 2,5 m. Čia standumą greičiau praranda profiliuotas paklotas
montavimo metu, kuomet jis veikia kaip klojinys. Kompozitinės
perdangos įlinkis kelis kartus mažesnis nei pakloto montavimo metu.
Tačiau montuojant perdangą be pasparų, padidėja statybų greitis, statybos
darbų aikštelė neapkraunama papildomomis atramomis. Visgi norint
perdengti didesnius kaip 3 – 4 m tarpatramius be pasparų neišsiverčiama.
2. Naudojant vieną eilę pasparų kompozitinių perdangų su plieniniu paklotu
didžiausias tarpatramis gali siekti iki 7,5 m. Šiuo atveju įlinkis, dauguma
atvejų, gaunamas didesnis kompozito. Įlinkių diagramos yra
eksponentinės priklausomybės. Pastebima, jog didinant betono sluoksnio
storį, kompozito ir profiliuoto pakloto įlinkių reikšmės artėja viena kitos.
Literatūra
1. Eurokodas 4. Kompozitinių plieninių - betoninių konstrukcijų projektavimas. 1-1
dalis. Bendrosios ir pastatų taisyklės. LST EN 1994-1-1:2004. 126 p.
2. Eurokodas 3. Plieninių konstrukcijų projektavimas. 1-3 dalis. Bendrosios
taisyklės. Šaltai suformuotų elementų ir lakštų papildomos taisyklės. LST EN
1993-1-3:2007. 150 p.
3. Composite slabs and beams using steel decking: best practice for design and
construction, MCRMA, 2009, 118 p.
4. Zoltan, V. N., Composite Slab Design, Ph.D. Thesis, Technical University of
Budapest, Department of Steel Structures H-1521, Budapest, 1998, 8 p.
5. Buick Davison and Graham W. Owens Steel Designers’ Manual (Seventh
Edition). The Steel Construction Institute UK, 2012, 1451 p.
6. ComFlor® UK brochure - Feb 10. – [žiūrėta 2013-03-01]. Prieiga per internetą:
<http://www.tatasteeleurope.com/file_source/StaticFiles/Construction/Panels_and
_profiles/structural_products_docs/Comflor_composite_floor_deck_brochure_UK
.pdf>.
11
SIENOS OPTIMALIOS ŠILUMINĖS VARŽOS
NUSTATYMAS MAKROEKONOMINIU IR
FINANSINIU SKAIČIAVIMAIS
Wall optimum thermal resistance of macro-economic and financial
calculations
Šarūnas Gumauskas
Kauno technologijos universitetas
Abstract. Buildings sector is the largest single energy end-user in the EU, which uses about 40% of all
energy. There are numerous possibilities to save energy in buildings. One of them is to reduce energy losses through building envelopes. This research deals with calculation of optimal wall thermal
insulation thickness. Calculations are performed by macroeconomic and financial methods, described in
European parliament and council directive 2010/31/ES. The article presents optimal life-cycle cost results of wall thermal resistance values. Data could be used in designing private houses, which uses
small amounts of energy, and need to fit into new buildings design regulations.
Key words: energy saving, buildings, wall thermal insulation, climate change.
1. Įvadas
Pastatuose suvartojama apie 40% visos Europos sąjungoje sunaudojamos
energijos.[1]
Kadangi šis sektorius plečiasi, taigi ir energijos suvartojimas didės.
Naudojant atsinaujinančius energijos šaltinius, bei mažinant energijos poreikį,
galima sumažinti Europos Sąjungos energinę priklausomybę, bei dujų, sukeliančių
šiltnamio efektą, emisiją. Imtis visų priemonių mažinant šią emisiją reikia, norint
įgyvendinti Jungtinių Tautų klimato konvencijos Kioto protokolą (UNFCCC). Taip
pat tai padėtų pasiekti ilgalaikį įsipareigojimą – neleisti, kad vidutinė pasaulio
temperatūra pakiltų ne daugiau nei 2oC. Norint to pasiekti reikia sumažinti
šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą į atmosferą bent 20% iki 2020, lyginant
su 1990m. dujų emisija. [Europos Parlamento ir Tarybos direktyva 2010/31/ES]
Vadovaujantis Europos parlamento ir tarybos direktyva 2010/31/ES būtina didinti
energijos vartojimo efektyvumą, bei 20% sumažinti energijos, kuri suvartojama
Europos sąjungos teritorijoje kiekį, iki 2020 metų. [Europos Parlamento ir Tarybos
direktyva 2010/31/ES]
2. Tyrimų metodika pagrįsta Europos parlamento ir tarybos direktyvos
2010/31/ES reglamentu Nr. 244/2012
Skaičiuojant bendras, dabartinės vertės išlaidas kiekvienam pastatui
atsižvelgiama į pradines investicijas, taip pat vertinamos kiekvienų metų suminės
išlaidos, likutinę pastato vertę, bei esant reikalui – pastato naudojimo nutraukimo
išlaidas. Visos šios išlaidos susiejamos su skaičiuojamojo laikotarpio metais.
Optimalumą skaičiuojant makroekonominiu lygiu bendros išlaidos turi būti
12
papildytos išlaidomis dėl šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos. Šios išlaidos
apibrėžiamos, kaip žalos padarytos aplinkai, dėl išmetamo CO2, piniginė vertė.
Apskaičiuojant bendrą išlaidų vertę, gaunama grynoji dabartinė išlaidų, per tam
tikrą skaičiavimo laikotarpį, vertė, įvertinant likutinę pastato dalių, kurių
eksploatavimo trukmė ilgesnė nei skaičiuojamasis laikotarpis vertė. Išlaidų
energijai, bei palūkanų normos prognozės apribojamos skaičiuojamajam
laikotarpiui. Bendrųjų išlaidų metodo patogumas – galimybė naudoti vienodą
skaičiavimo laikotarpį, nes yra įtraukiama likutinė įvairių pastato dalių vertė. Taip
pat galima taikyti ir išlaidų per gyvavimo ciklą metodą – jo pagrindą taip pat
sudaro grynosios likutinės vertės skaičiavimas. [Europos Parlamento ir Tarybos
direktyva 2010/31/ES]
2.1. Bendrų išlaidų apskaičiavimas atliekant finansinį skaičiavimą
Atliekant skaičiavimą finansiniu lygiu, atsižvelgiama į visas pastato vartotojo
išlaidas, įskaitant visus mokesčius, taip pat ir PVM. Taip pat, jeigu taikomos,
įtraukiamos ir subsidijos bei įvairios technologijų paramos schemos.
Skaičiuojant bendras išlaidas pastatams bei jų dalims, visos išlaidos
sumuojamos bei joms pritaikoma diskonto norma – jos visos dauginamos iš
diskonto koeficiento, kad galima būtų išreikšti skaičiuojamojo laikotarpio pradžios
metų vertės bei diskontuotos likutinės vertės suma. Bendrųjų išlaidų sumos
formulė:
1
,,. )())()(()(i
fdia
j
Ig jViRjCCC (2.1.)
τ – skaičiavimo laikotarpis
Cg(τ) – bendros išlaidos, per skaičiuojamąjį laikotarpį
CI – pradinės investicijos
Ca,I(j) – metinės investicijos
Vf,τ(j) – pastato ar jo dalies likutinė vertė skaičiavimo laikotarpio pabaigoje
Rd(i) – Diskonto koeficientas i-taisiais metais, ir apskaičiuojamas pagal formulę:
p
d rpR
1001
1)(
(2.2.)
p – metų skaičius nuo skaičiuojamojo laikotarpio pradžios
r – tikroji diskonto norma
Diskonto norma išreiškiama realia verte, taigi neatsižvelgiama į infliaciją.
Makroekonominiam bei finansiniam skaičiavimui atliekamos jautrumo analizės
bent pagal dvi diskonto normos vertes. Makroekonominio skaičiavimo analizei
paprastai taikoma 4% diskonto norma. Didesnė diskonto norma – paprastai
daugiau kaip 4% - atspindi komercinį trumpojo laikotarpio požiūrį į investicijas.
13
Mažesnė diskonto norma – nuo 2 iki 4 % labiau atspindės energijos suvartojimo
ekonomijos naudą pastato gyventojams, ar kitiems jo vartotojams.
2.2. Bendrų išlaidų apskaičiavimas atliekant makroekonominį skaičiavimą
Atliekant makroekonominį skaičiavimą atsižvelgiama į visas kainas be
mokesčių, PVM ir subsidijų. Šiam skaičiavimui atlikti reikalingi visi tie patys
duomenys, kaip ir finansiniam skaičiavimui, tačiau dar pridedamas ir mokestis už
šiltnamio efektą sukeliančias dujas. Bendra makroekonominio skaičiavimo
formulė:
1
,,,. )())()()(()(i
fjidia
j
Ig jVjСiRjCCC (2.3.)
Cc,i(j) – išlaidos, susijusios su CO2 išmetimu į aplinką, i-taisiais metais
3. Tyrimų rezultatai
3.1 Sienos efektyvios šiluminės varžos nustatymas, atliekant finansinį vertinimą
3.1. pav. Sienos konstrukcija
Atliekant pastato atitvaros atsiperkamumo skaičiavimus, išskiriamos kelios
kategorijos išlaidų, į kurias reikia atsižvelgti:
Pradinių investicijų išlaidos
Vartojimo išlaidos – pastato dalių periodinio pakeitimo išlaidos
Energijos išlaidos – bendros išlaidos energijai, įskaitant jos kainą,
pajėgumo tarifus ir tinklo tarifus
Skaičiavimams naudojama PAROC Extra akmens vata, kurios šilumos
laidumo koeficientas λ=0,037 W/(m·K). Skaičiavimai atliekami 20 metų
laikotarpiui. Akmens vatos kaina priimama – 150lt/m3.
14
Skaičiuojamoji sienos apšiltinimo ekonominio eksploatavimo
skaičiuojamosios trukmės 20 metų. Kainose įvertinamas PVM. Šilumos kaina
E=0,37Lt/kWh (Brangimas pagal “EU Energy trends to 2030”).
Atliekant skaičiavimus buvo naudojamos Kauno klimatinės sąlygos:
Projektinė patalpų eksploatavimo temperatūra: Θi=20oC
Vidutinė šildymo laikotarpio išorės oro temperatūra Θe=0,7oC
Temperatūrų skirtumas ΔΘ= Θi- Θe=20-0,7-19,3oC
Metinė šildymo sezono trukmė th.s.=219 paros · 24h=5256 h/metai
Prie bendrų išlaidų nepridedamos įrengimo išlaidos, nes akmens vata bus
montuojama bet kokiu atveju, tik bus optimizuotas akmens vatos sluoksnio storis.
1.1 lentelė. Išlaidos pagal šilumines varžas din Rsum U Ca,I(j) CI Vf,τ(j) Cg(τ)
0,275 9,75 0,10 3,85 41,25 16,5 75,21
0,3 10,43 0,10 3,60 45 18 74,24
0,325 11,10 0,09 3,38 48,75 19,5 73,65
0,35 11,78 0,08 3,19 52,5 21 73,40
0,375 12,45 0,08 3,01 56,25 22,5 73,41
0,4 13,13 0,08 2,86 60 24 73,66
0,425 13,80 0,07 2,72 63,75 25,5 74,10
3.2 Sienos efektyvios šiluminės varžos nustatymas, atliekant makroekonominį
vertinimą
Atliekant makroekonominį skaičiavimą atsižvelgiama į visas kainas be
mokesčių, PVM ir subsidijų. Šiam skaičiavimui atlikti reikalingi visi tie patys
duomenys, kaip ir finansiniam skaičiavimui, tačiau dar pridedamas ir mokestis už
šiltnamio efektą sukeliančias dujas. Skaičiavimai atliekami 20 metų laikotarpiui.
Skaičiuojamoji sienos apšiltinimo ekonominio eksploatavimo
skaičiuojamosios trukmės 20 metų. Kainose PVM neįvertinamas. Šilumos kaina
E=0,34 Lt/kWh ( Brangimas pagal “EU Energy trends to 2030” [4]).
Pagal STR 2.01.09:2012 “Pastatų energinis naudingumas. Energinio naudingumo
sertifikavimas” 2 priedo 2.19 lentelę, CO2 emisijos Lietuvos šilumos tinklų
vidurkis – 0,29 kgCO2/kWh. Pagal Europos Sąjungos direktyvą 2010/31/ES, 1t
CO2 apmokestinama 50 EUR, taigi 1kg CO2 “kainuoja” 0,1725 Lt.
1.2 lentelė. Išlaidos pagal šilumines varžas
din Rsum U Ca,I(j) CI Vf,τ(j) E Cc,i(j) Cg(τ)
0,3 10,16 0,10 3,39 36,00 7,20 9,98 0,50 83,36
0,325 10,84 0,09 3,18 39,00 7,80 9,36 0,47 82,40
0,35 11,51 0,09 3,00 42,00 8,40 8,81 0,44 81,84
0,375 12,19 0,08 2,83 45,00 9,00 8,32 0,42 81,60
0,4 12,87 0,08 2,68 48,00 9,60 7,88 0,39 81,64
0,425 13,54 0,07 2,55 51,00 10,20 7,49 0,37 81,92
15
0,45 14,22 0,07 2,43 54,00 10,80 7,14 0,36 82,40
Išlaidų priklausomybė, nuo atitvaros
termoizoliacinio sluoksnio storio
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
0,1
0,15 0,
20,
25 0,3
0,35 0,
40,
45 0,5
0,6
d, m
E,
Lt
1.2 pav. Finansinio skaičiavimo rezultatai
Išlaidų priklausomybė, nuo atitvaros
termoizoliacinio sluoksnio storio
0
20
40
60
80
100
120
0,1
0,15 0,
20,
25 0,3
0,35 0,
40,
45 0,5
0,6
d, m
E,
Lt
1.3 pav. Makroekonominio skaičiavimo rezultatai
Apskaičiuoti ekonomiškai efektyviausi šilumos perdavimo koeficientai,
palyginami su norminiais, pagal šiuo metu galiojančius statybos techninius
reglamentus, bei tokiais, kurie turėtų būti pagal pastato energetinio efektyvumo
klases – A, A+ ir A++.
Apskaičiuotos šios šilumos perdavimo koeficiento vertės:
– pagal šiuo metu galiojančius statybos techninius reglamentus;
– A energetinio naudingumo klasės pastatui;
– A+ energetinio naudingumo klasės pastatui;
–A++ energetinio naudingumo klasės pastatui.
16
1.3 pav. Šilumos perdavimo koeficientų palyginimai
Išvados
1. Atlikus finansinius skaičiavimus, gauti rezultatai rodo, kad optimalus
termoizoliacinio sluoksnio storis yra 350 mm, gaunama optimali sienos
šiluminė varža 11,78 m2·K/W.
2. Atlikus makroekonominius skaičiavimus, gauti rezultatai rodo, kad
optimalus termoizoliacinio sluoksnio storis yra 375 mm, gaunama
optimali sienos šiluminė varža 12,19 m2·K/W.
3. Apskaičiuotos optimalios sienos šiluminės varžos yra atitinkamai 2,4
karto didesnės, nei nustatytos norminės vertės šiuo metu galiojančiame
reglamente „Pastatų atitvarų šiluminė technika“ STR2.05.01:2005.
Literatūra 7. Europos Parlamento ir Tarybos direktyva 2010/31/ES dėl pastatų energetinio
naudingumo
8. STR 2.05.01:2005 Pastatų atitvarų šiluminė technika
9. STR 2.01.09:2012 Pastatų energinis naudingumas. Energinio naudingumo
sertifikavimas
10. EU Energy trends to 2030.
17
MODIFIKUOTOS CEOLITINĖS ATLIEKOS ĮTAKA
CEMENTINIO AKMENS SAVYBĖMS
The influence of modified zeolitic waste on the
properties of hardened cement paste
K.Jočys, V.Geležiūnas, J.Taparauskas, D.Vaičiukynienė,
V. Vaitkevičius Kauno technologijos universitetas
Abstract. The zeolite is crystalline frame aluminum silicate. It is common to use zeolite in
constructions. This material is used as cement substitude in concrete manufacturing. It is good to use zeolite waste in construction materials because it reduces environmental pollution and improves
material’s properties. The aim of this research is to determine the modified zeolite waste (MZW) impact
on the hardened cement paste properties. After 20 minutes of grinding of mixtures, the strength of compression decreases. Not grounded cement mixtures with 10% MZW, strength of compression
increases. It is determinated that 20 minutes of grinding is too much for MZW and Portland cement.
Įvadas
Ceolitai – kristaliniai karkasiniai hidroaliumosilikatai. Ceolitų bendroji
formulė yra M·[(Al2O3)x(SiO2)n].mH2O. Šiuo metu žinoma daugiau nei 34
gamtiniai ir apie 100 sintetinių ceolitų. Ceolito molekulės suformuoja erdvinę
karkasinę struktūrą, kurios apie 50 proc. tūrio sudaro poros ir kanalai. Dėl to
ceolitas gali absorbuoti medžiagas, kurių molekulės telpa porose (0,3-1,0nm).
Ceolitas gali hidratuotis ir dehidratuoti daug kartų. Šios ceolito savybės plačiai
taikomos pramonėje [1].
Dėl paminėtų savybių ceolitas dažnai naudojamas kaip sorbentas, kuris gali
sorbuoti toksiškus junginius, sunkiuosius metalus, amoniaką. Naftos pramonėje
ceolitą galima naudoti dujų arba skysčių mišinių suskirstymui [2]. Ceolitas yra
gana plačiai pritaikomas statybose. Jis naudojamas kaip cemento pakaitalas betono
gamyboje. Cemento klinkerio gaminimui reikia daug energijos, į aplinką
išskiriamas didelis anglies dioksido kiekis, o ceolitas sumažina cemento klinkerio
energijos gamybos sąnaudas ir tuo pačiu mažina aplinkos taršą. Ceolitas sumažina
betono svorį, tačiau išlaiko jo stiprumą ir padidina betono ilgaamžiškumą. Ceolitas
taip pat stabdo šarmų reakcijas betone, dėl to jame nevyksta cemento korozija. Ši
medžiaga leidžia pagaminti lengvasvorius blokelius ir dekoratyvines sienų
plokštes. Ceolitas gali būti naudojamas gaminant stiklą ir keramiką [3;4].
Panaudoti ceolitines atliekas statybiniuose mišiniuose naudinga, nes taip
sumažinama aplinkos tarša, o tuo pačiu ir pagerinamos tam tikros mišinių savybės.
Atliekos dažnai naudojamos ir kelių dangai sudaryti. Tai nėra nauja technologija,
18
nes tai daroma jau daugiau nei 80 metų. Be to, perdirbant atliekas, taip pat
išsisprendžia ir jų užimamos vietos klausimas. Šiukšlynai mažėja, neužimami
dideli plotai žemės [5].
AB „Mažeikių nafta“ jų sukaupia apie 200 tonų per metus. 60 tonų atliekų
išvežamos į sąvartyną. Kitose šalyse šias atliekas bandoma utilizuoti betonuose su
portlandcemenčiu, asfalto gamyboje ir kitur. Lietuvoje yra tyrimų utilizuojant
smulkiagrūdes katalizatoriaus atliekas kaitrai atspariose medžiagose [6 - 8].
Kietų fazių reakcijų aktyvavimas mechaniniu būdu buvo pradėtas tirti jau
beveik prieš pusantro amžiaus. Iš visų mechaninio aktyvavimo būdų dažniausiai
naudojamas dispergavimas arba malimas. Smulkėjant dalelėms keičiasi kristalinė
gardelės struktūra ir pereinamų sluoksnių energetinis būvis, o taip pat vyksta
elektronų emisija ir kiti procesai. Dalelių dydžio sumažinimas labai dažnai
sąlygoja proceso greičio padidėjimą, nes sumažėja produkto reakcijos paviršiaus
difuzinis sluoksnis. Kietų stambių kūnų smulkinimui dažniausiai naudojami
rutuliniai malūnai [9].
Šio darbo tikslas yra nustatyti modifikuotos ceolitinės atliekos įtaką
cementinio akmens pagrindinėms savybėms. Taip pat darbe nustatyti malimo įtaką
tiriamiems cementiniams mišiniams.
1. Tyrimo metodai ir naudotos medžiagos
Šiame tyrime buvo naudojamas Portlandcementis (CEM I, 52, 5R) ir
modifikuota naftos krekingo katalizatoriaus atlieka (ceolitas Y).
Mechaninė aktyvacija buvo atlikta cementinius mišinius malant rutuliniame
malūne.
Cementiniams mišiniams ruošti buvo parinktas optimalus cemento (arba
cemento su ceolitu) ir vandens santykis (V/K = 0.4), kuris buvo naudojamas
visuose tirtuose bandiniuose. Ceolitinės atliekos priedo kiekiai cementiniuose
bandiniuose buvo atitinkamai: 10, 30 %. Bandiniai suformuoti 20x20x20 mm
formose ir kietinti 7 paras pagal EN 12390-2 standartą.
2. Rezultatai ir jų analizė
Pradžioje buvo nustatyta cementinės tešlos hidratacijos temperatūra.
Nustatyta, kad bandiniuose, kuriuose naudota MCA, aukščiausia hidratacijos
temperatūra (38,7°C) buvo pasiekta bandinyje su 10% MCA (1 pav.). Tačiau kuo
didesnis MCA priedas buvo naudotas (nuo 10 iki 30 %), tuo temperatūros
maksimumas buvo pasiekiamas anksčiau, lyginant su kontroliniu bandiniu. Dėl to
galima teigti, kad nemaltuose mišiniuose MCA priedas paankstins
portlandcemenčio hidrataciją.
19
1 pav. Naudotos modifikuotos ceolitinės atliekos (MCA) bei mišinių malimo trukmės
įtaka cementinės tešlos hidratacijai. 0% - grynas portlandcementis; 10% -
portlandcementis su 10% MCA; 30% - portlandcementis su 30% MCA; 10% m –
rutuliniu malūnu maltas portlandcementis su 10% MCA; 30% m - rutuliniu malūnu
maltas portlandcementis su 30% MCA.
Tačiau naudojant rutuliniu malūnu maltą portlandcementį su MCA priedu
temperatūros maksimumai buvo pasiekiami mažesni (31°C-35°C) ir 100-200 min.
anksčiau.
Sekančiame etape buvo suformuoti cementiniai bandiniai ir nustatytas jų
tankis bei stipris gniuždant.
20
a b
2 pav. Cementinių bandinių su modifikuota ceolitine atlieka (MCA) tankiai (a) bei stipriai
gniuždant (b). 0 - grynas portlandcementis; 10 - portlandcementis su 10% MCA; 30 -
portlandcementis su 30% MCA; 10 m – rutuliniu malūnu maltas portlandcementis su 10%
MCA; 30 m - rutuliniu malūnu maltas portlandcementis su 30% MCA.
MCA turėjo nedidelę įtaką cementinių bandinių tankio savybėms, jos kito, t.
y., mažėjo nežymiai. Visais tirtais atvejais didinant MCA kiekį (10-30%)
cementinių bandinių tankis mažėja nuo 2018 kg/m3 iki 1840 kg/m3 nemaltuose
mišiniuose ir nuo 1941 kg/m3 iki 1863 kg/m3 maltuose mišiniuose (2, a pav.). Tai
galima paaiškinti tuo, kad ceolitas yra poringa medžiaga ir jo tankis yra mažesnis
negu portlandcemenčio.
Malto portlandcemenčio su MCA stipris gniuždant po 7 parų mažėja nuo 77
iki 52 MPa. Nenaudojant mechaninio apdorojimo, t. y., malimo, cementinio
akmens su 10% MCA stipris gniuždant padidėja nuo 67 iki 76 MPa, o su 30%
MCA stipris gniuždant mažėja iki 50 MPa, lyginant su kontroliniu bandiniu (2, b
pav.). Be to, malant rutuliniu malūnu portlandcementį su MCA, pastebėta, kad
temperatūra malūne padidėjo. Tai galima paaiškinti tuo, kad didėjant dalelių
savitajam paviršiui prasidėjo portlandcemenčio hidratacijos reakcija. Ceolite
esantis vanduo pradėjo reaguoti su portlandcemenčiu ir hidratacijos procesas
prasidėjo anksčiau numatyto laiko.
Išvados
Tyrimų rezultatai parodė, kad bandiniuose, kuriuose naudota 10% MCA
priedo, buvo pasiekta aukščiausia hidratacijos temperatūra (38,7°C). Tačiau kuo
didesnis MCA priedas buvo naudotas (nuo 10 iki 30 %), tuo temperatūros
maksimumas buvo pasiekiamas anksčiau, lyginant su kontroliniu bandiniu. O
sumalus tą patį mišinį, temperatūros maksimumai buvo pasiekiami taip pat
anksčiau, tačiau mažesni (31°C-35°C). Dėl to galima teigti, kad MCA priedas
paankstins portlandcemenčio hidrataciją.
21
MCA turėjo nedidelę įtaką cementinių bandinių tankio savybėms, jos kito
nežymiai. Tankiai neženkliai mažėjo didinant MCA kiekį, nes ceolitas yra poringa
medžiaga ir jo tankis yra mažesnis negu portlandcemenčio.
Mechaniškai apdorotų, t. y., maltų 20 min, bandinių stipris gniuždant po 7
parų mažėja. Tačiau nemaltų cementinių mišinių stipris gniuždant didėja su 10%
MCA. Be to, malant rutuliniu malūnu portlandcementį su MCA, pastebėta, kad
temperatūra malūne padidėjo. Tai reiškia, jog pakito dalelių savitasis paviršius ir
hidratacija prasidėjo anksčiau numatyto laiko. Nustatyta, kad 20 min yra per ilga
trukmė malti MCA ir portlandcemenčio mišinius. Tikslinga būtų trumpinti
mechaninio apdorojimo trukmę.
Literatūra 1. B. Matulis; Z. Valančius; G. Vaickelionis. Silikatai, aliumosilikatai ir ceolitai.
2011 Lietuva
2. http://www.ceolitas.lt/titulinis.html
3. Nai-Qian Feng, Gai-Fei Peng. Applications of natural zeolite to construction and
building materials in China. 2005 Beijing, China.
4. http://www.zeocat.es/english/construction.htm
5. M.Karacasu; H. Koyuncu; R. Bakis; L. T. Taspolat; G. Yilmaz. The use of Borax,
Sepiolite, Zeolite, Waste Meerschaum and Contaminated River Sediment in
Asphalt Concrete Mixtures. 2004 Turkiye.
6. Marius Aleknavičius. Naftos pramonė katalizatoriaus atliekų tyrimas. 2008
7. Barbara Pacewska, Iwona Wilińska, Jacek Kubissa. Use of spent catalyst from
catalytic cracking in fluidized bed as a new concrete additive. Thermochimica
Acta Volume 322, Issue 2, 25 November 1998, p. 175–181
8. J. Dweck, Carolina A. Pinto, P. M. Büchler. Study of a Brazilian spent catalyst as
cement aggregate by thermal and mechanical analysis. Journal of Thermal
Analysis and Calorimetry April 2008, Volume 92, Issue 1, p. 121-127
9. Третьяков Ю.Д. Твердофазные реакции. Москва. 1978. P. 245-253.
22
PORTLANDCEMENČIO TINKAMUMO
TERMINO PRAILGINIMAS NAUDOJANT
CEOLITINĮ PRIEDĄ
Portland fitness for term extension with accessory
zeolite
M. Mičelytė, D. Kaminskas, D. Vaičiukynienė, A. Kantautas
Kauno technologijos universitetas
Abstract. The main Portland cement components of a mixture are dry and using the expiration date is
relatively short, because its activity is gradually lost in open environment. One of the possible
accessories, which minimize the loss of activity, is zeolites. Than the mixture was aging 30 days, and the mixture was without aging, cement – stone samples densities difference have been only 11 km/m3.
But in the controls mixtures were 153 kg/m3. It was found that the samples that were no additives,
decreased strength of 24 MPa , while the addition of a mixture of 10 %, of the waste, strength of the samples decreased by 18 MPa. The positive effect can be explained by the fact that the zeolite micro
porous structure of the ambient moisture do not react with Portland cement. The experimental results
suggest that the optimal amount of zeolite put into the Portland cement contents 10 %.
Įvadas
Pagrindinis sausų mišinių komponento portlandcemenčio panaudojimo
tinkamumo terminas yra santykinai trumpas, nes laikomas atvirose talpose jis
palaipsniui praranda savo aktyvumą, o aplinkoje esanti oro drėgmė labai pagreitina
cemento senėjimo procesą.
Sausi statybiniai mišiniai lyginant su skiediniais turi daugiau privalomų, nes
juos galima paruošti didesniais kiekiais ir pervežti tolimais atstumais, o pačioje
statybvietėje paruošti norimos konsistensijos skiedinį. Todėl yra svarbu, kad kiek
galima ilgiau sausieji statybiniai mišiniai, neprarastų savo savybių. Todėl būtina
parinkti tokius priedus, kad sandėliavimo metu nesumažėtų sausų mišinių rišiklio –
portlandcemenčio – aktyvumas arba jo aktyvumo mažėjimas vyktų kuo lėčiau.
Vienas iš galimų priedų yra ceolitai, kurie plačiai naudojami statybinių
medžiagų pramonėje kaip cemento arba smulkiojo užpildo pakaitalais [1-5].
Ceolitai statybinių medžiagų pramonėje gali būti naudojami daugelyje sričių tokių
kaip:
cemento pakaitalas betonų gamyboje (taip pat sumažina betono
skilinėjimą);
užpildai betono mišiniuose;
ypatingai stipraus betono gamybai;
kalkių - ceolito rišikliams autoklaviniuose ir neautoklaviniuose
silikatiniuose betonuose;
23
gipso cemento puculaninio rišiklio komponentas;
silikatinių plytų gamybai;
sausų mišinių gamyboje, tame tarpe ir sausinančiuose tinkuose.
Ceolitai - tai hidratuoti aliuminio silikatai, turintys kristalinę formą, kuri
suteikia galimybę absorbuoti dujas, kvapus, drėgmę, naftos cheminius produktus,
žemo lygio radioaktyvius elementus, amoniaką ir daugybę kitų įvairių tirpalų.
Ceolitų struktūra panaši į karkasą ir ji suteikia didesnį vidinį ir išorinį paviršių ant
kurio gali vykti jonų apsikeitimai ir cheminės reakcijos. Ceolito poros dengia 50%
jo tūrio. Porėta ceolito struktūra padeda surinkti ir išlaikyti surinktas žalingas
daleles, kurios gali būti iki 4 mikronų dydžio arba didesnės [1].
Tyrimo metodai ir naudotos medžiagos Šiame eksperimente tirta ceolitinės atliekos priedo įtaka portlandcemenčio
aktyvumui, laikant jį 100% santykinės oro drėgmės aplinkoje. Atliekos priedas
sudarė 0; 5; 10 ir 20 % portlandcemenčio masės.
Rišikliu naudotas portlandcementis CEM I 52,5R (Lietuva), kurio cheminė
sudėtis buvo 64,02% CaO, 20,09% SiO2, 4,84% Al2O3, 3,87% Fe2O3, 2,83% SO3,
4,35% laisvo CaO, o mineralinė sudėtis 65,8% C3S, 11,8% C2S, 5,2% C3A, 7,8%
C4AF.
Portlandcemenčio priedu naudotas naftos krekingo atidirbtas absorbentas,
sudarytas iš sintetinio ceolito Y. Šios atliekos yra rūgštinės formos [6]. Sausieji
portlandcemenčio ir atitinkamo priedo kiekio mišiniai (1 lentelė.) maišyti 10 min
maišytuve TURBULA - T2F, o po to dar 5 minutes laboratoriniame maišytuve.
1 lentelė. Sausųjų mišinių sudėtis
Eil.Nr Portlandcemenčio kiekis, % Ceolito kiekis, %
1 100 0
2 90 10
3 80 20
4 70 30
Po 30 parų sausų mišinių sendinimo 100% santykinės oro drėgmės aplinkoje
iš jų buvo formuojami cementinės tešlos (v/k=0,40) ir 2 × 2 × 2 cm bandiniai, kurie
kietinti šutinimo kameroje 24 val 70 oC temperatūroje. Išdžiovinus sukietintus
bandinius, buvo nustatytas jų tankis (1 pav., a) ir stipris gniuždant (1 pav., b).
Mišiniuose tiek be sendinimo, tiek po 30 parų sendinimo cementinio akmens
bandinių tankiai neženkliai mažėjo didinat ceolito kiekį mišiniuose. Bandinio
tankis be ceolito buvo 1948 kg/m3, o įdėjus 30 % ceolito sumažėjo iki 1779 kg/m
3
šviežiuose mišiniuose, t.y. be sendinimo. Panašiai tankiai mažėjo ir po 30 parų
sendinimo: nuo 1796 iki 1767 kg/m3 (1 pav. a). Taigi, sausuosuose mišiuose
naudojant 30 % ceolito prieš sendinimą ir po sendinimo cementinio akmens
24
bandinių tankių skirtumas yra tik 11 kg/m3 kai tuo tarpu kontroliniuose
bandiniuose buvo lygus 153 kg/m3.
1 pav. a
1 pav. b
1 pav. Tankio (a) ir stiprio gniuždant (b) priklausomybė nuo naudoto
modifikuoto ceolito kiekio. Žymenys: 30 parų - tyrimai po 30 parų sendinimo; 0
parų – atlikti tyrimai be sendinimo; skirtumas – skirtumas tarp reikšmių be
sendinimo ir po sendinimo.
25
Lyginant tarpusavyje bandinių, pagamintų iš sendinto ir šviežio
portlandcemenčio mišinių, nustatyta, kad bandinių, kurie buvo be priedų, stipris
sumažėjo 24 MPa, kai tuo tarpu pridėjus į mišinį 10% atliekų priedo, šių bandinių
stipris sumažėjo 18 MPa (1 pav., b). Teigiamą įtaką galima būtų paaiškinti tuo, kad
ceolitas dėl savo mikroporingos struktūros iš aplinkos sulaiko drėgmę, neleisdamas
jai reaguoti su portlandcemenčiu.
Iš eksperimento rezultatų galima teigti, kad optimalus įdedamo į
portlandcementį ceolito kiekis yra 10% .
Išvados
1. Mišiniuose tiek be sendinimo, tiek po 30 parų sendinimo cementinio
akmens bandinių tankiai neženkliai mažėjo didinat ceolito kiekį mišiniuose.
Sausuosuose mišiuose naudojant 30 % ceolito prieš sendinimą ir po sendinimo
cementinio akmens bandinių tankių skirtumas yra tik 11 kg/m3 kai tuo tarpu
kontroliniuose bandiniuose buvo lygus 153 kg/m3.
2. Nustatyta, kad bandinių, kurie buvo be priedų, stipris sumažėjo 24 MPa,
kai tuo tarpu pridėjus į mišinį 10% atliekų priedo, šių bandinių stipris sumažėjo 18
MPa. Teigiamą įtaką galima būtų paaiškinti tuo, kad ceolitas dėl savo
mikroporingos struktūros iš aplinkos sulaiko drėgmę, neleisdamas jai reaguoti su
portlandcemenčiu.
3. Iš eksperimento rezultatų galima teigti, kad optimalus įdedamo į
portlandcementį ceolito kiekis yra 10% .
Literatūra 1. Herreros, B., The X-Ray Diffraction Zeolite Database on the web.
2. Meier, W. M., et. al., The Atlas of Zeolite Structure Types on the web.
3. Ribeiro, F. R., et. al., ed., Zeolites: Science and Technology, Martinus Nijhoff
Publishers, The Hague, 1984.
4. Огнев В. В., Ширедченко Е. П., ПСК-21,.Кудря Р. В. Цеолитосодержащие
цементные вяжущие для сухих сроительных смесей
http://dis.podelise.ru/text/index-49472.html?page=50
5. Najimi, M., Sobhani, J., Ahmadi, B., & Shekarchi, M. (2012). An experimental
study on durability properties of concrete containing zeolite as a highly reactive
natural pozzolan. Construction and Building Materials, 35, 1023-1033.
6. Subhash Bhatia, Zeolite Catalysis: Principles and Applications, CRC Press, Inc.,
Boca Raton, Florida, 1990.
7. Sezemanas, G., Zacharčenko, P., Pivenj, N., Mikulskis, D., & Klingys, M.
(2013). Influence of Zeolite Additive on the Properties of Plaster Used for
External Walls from Autoclaved Aerated Concrete. Materials Science, 19(2),
222-239.
26
KLINTIES PRIEDO ĮTAKA
PORTLANDCEMENČIO FIZIKINĖMS –
MECHANINĖMS SAVYBĖMS
EFFECT OF LIMESTONE FILLERS THE PHYSIC-
MECHANICAL PROPERTIES OF PORTLAND
CEMENT
M. Kazlauskas, D. Vaičiukynienė, V. Sasnauskas,
V. Vaitkevičius
Kauno technologijos universitetas
Abstract. In this study we have investigated influence of limestone on the physical-mechanical
properties of Portland cement. Physical-mechanical properties of Portland cement were measured in three different conditions: 1) pure Portland cement without any additions, 2) 15% of Portland cement
mass was exchanged by limestone, 3) 30% of Portland cement mass was exchanged by limestone. For
this survey we have used ground limestone which was dispersed by ultrasound. In summary, we have estimated that the specific surface of dispersed limestone is larger comparing with non- dispersed
limestone. Furthermore, our results showed that limestone as an admixture decrease the density and
compressive strength of Portland cement. Finally, we defined that compressive strength of samples with dispersed limestone was higher than in samples with non- dispersed limestone.
Įvadas
Klintis – nuosėdinė uoliena daugiausiai sudaryta iš mineralo kalcito (CaCO3).
Tai svarbiausia žaliava kalkių, cemento ir mišriųjų rišamųjų medžiagų gamybai.
Lietuvoje klintis randama Akmenės rajono Karpėnų, Menčių ir kituose telkiniuose
[1].
Pagrindinis klinties priedo poveikis cemento savybėms yra fizinio pobūdžio
[2]. Klinties dalelės sumaltos kartu su klinkeriu yra labai smulkios, nustatyta, kad
jos yra žymiai smulkesnės už cemento daleles. Sumalto klinkerio dalelės klinties
daleles veikia kaip tepalas ir užtikrina tolygesnį cementuojančių dalelių
pasiskirstymą bei tolygesnę ir tankesnę kietėjančio cementinio karkaso struktūrą,
ypač esant mažesniems V/C santykiams [3] [4].
Yra atlikta daug tyrimų šioje srityje, viename iš tyrimų nustatyta, kad klinties
priedas, turi mažesnį tankį nei cemento klinkeris, todėl tai didina tešlos išeigą esant
vienodam V/C santykiui ir gerina betono slankumą bei užpildų pasiskirstymą [5].
Tačiau kiti tyrimai prieštarauja šiems, tyrimuose nustatyta, kad didelio smulkumo
klinties priedas didina cemento tešlos klampą, taigi ir reikalingą vandens ir
cemento santykį (V/C), o tai turi įtakos betono ilgaamžiškumui, t.y. atsparumui
šalčiui, cheminiam aplinkos poveikiui ir pan. [6].
27
Taip pat klinties priedas turi cheminį poveikį. Straipsnyje [7] teigiama, kad
klinties priedas turi cheminį poveikį, nes labai smulkios jo dalelės naudojamos kaip
kalcio hidroksido kristalizacijos centrai ir skatina C3S hidrataciją, o vykstant
reakcijai iš C3A susidaro karboaliuminatai.
Taip pat yra nustatytas ir klinties priedo poveikis cemento kietėjimo stipriui,
šis priedas didina arba neturi įtakos ankstyvajam stipriui, tačiau mažina stiprį
vėlesniais kietėjimo laikotarpiais [7]. Ankstyvasis kietėjimo laikotarpis yra trukmė
po dviejų parų, o vėlyvasis – po septynių ir daugiau parų.
Dar vienas būdas, kaip būtų galima pagerinti cemento akmens savybes, tai
naudoti ultragarsinį dispergavimą, disperguojant kalcio karbonatą su vandeniu.
Ultragarsas – virpesiai, kurių dažnis yra nuo 16...20 kHz iki 108 Hz. Ultragarsinis
dispergavimas – kietųjų medžiagų ir skysčių dalelių smulkinimas panaudojant
stiprų ultragarso lauką. Ultragarsiniu dispergavimu daromos dispersinės sistemos:
suspensijos, emulsijos ir kt. Kietosios medžiagos paprastai smulkinamos skystyje
[8].
Šio darbo tikslas – nustatyti kokią įtaką cemento akmens fizikinėms -
mechaninėms savybėms turi maltas ir ultragarsu disperguotas maltas kalcio
karbonatas.
1. Tyrimo metodai ir naudotos medžiagos
Tyrimams buvo naudojamas portlandcementis CEM I 42.5 R (AB „Akmenės
cementas“), maltas kalcio karbonatas (CaCO3) (AB „Naujasis kalcitas“) ir vanduo.
Naudotų medžiagų cheminė sudėtis pateikta 1-oje lentelėje.
1 lentelė. Cemento ir CaCO3 cheminė sudėtis
Junginys Kiekis, %
Cementas CaCO3
SiO2 20,8 4,3
Al2O3 5,7 0,2
Fe2O3 4,4 0,6
CaO 61,9 50,5
MgO 1,0 1,6
Na2O 0,9 -
SO3 2,5 0,5
Kaitm. 0,4 41,3
C3S 51,2 -
C2S 18,3 -
C4A 8,8 -
C4AF 14,0 -
28
Tirtų maltų klinčių priedo poveikiui, cementinio akmens fizikinėms -
mechaninėms savybėms, nustatyti, buvo suformuoti 222 cm bandiniai, kuriuose
portlandcementis buvo pakeistas maltomis klintimis 0; 15; 30 % ir ultragarsiniu
dispergavimu paveiktomis klintimis 0; 15; 30 %. Visuose bandiniuose vandens ir
cemento santykis buvo (V/C=0,32). Bandiniai kietinti šešias paras vandenyje ir
vieną parą kietinimo kameroje.
Ultragarsinis dispergavimas buvo atliekamas su BANDELIN UW 3400
prietaisu. Maltos klintis su vandeniu buvo disperguojamos 120 s.
Tyrimo metu nustatyti maltų ir ultragarsiniu dispergavimu paveiktų maltų
klinčių savitieji paviršiai, cementinių bandinių tankis ir stipris gniuždant. Savitasis
medžiagų paviršius buvo nustatytas Bleino metodu, remiantis LST EN 196-6:1996
standartu. Cementinių bandinių stipris gniuždant nustatytas remiantis EN 196-1
standartu. Stiprio nustatymui buvo naudotas ToniTechnik 2020 presas.
2. Rezultatai ir jų analizė
Atliekant bandymus buvo nustatyti medžiagų savitieji paviršiai (2 lentelė).
Matome, kad 2 minutes disperguoto CaCO3 savitasis paviršius žymiai didesnis
(~40 %) už nedisperguoto CaCO3.
2 lentelė. Kalcio karbonato ir disperguoto kalcio karbonato savitasis paviršius
CaCO3 Disperguotas CaCO3
Savitasis paviršius, m2/g 316 521
Maltų ir ultragarsiniu dispergavimu paveiktų maltų klinčių įtaka cementinio
akmens tankiui matoma grafike (1 pav.). Iš pateikto grafiko matome, kad keičiant
portlandcementį maltomis klintimis, bandinių tankis mažėja. Pakeitus 15 ir 30 %
portlandcemenčio maltomis klintimis, bandinių tankis mažėja atitinkamai 0,7 ir 3,5
%. O jei palyginus bandinius su paprastu ir disperguotu CaCO3, iš grafiko (1 pav.)
matome, kad bandinių su 15 % paprastų klinčių priedo kiekiu tankis nežymiai (0,4
%) didesnis, o bandinių su 30 % - 0,5 % didesnis.
29
1 pav. Bandinių tankio priklausomybė nuo priedo kiekio
Klinčių priedo poveikis bandinių stipriui gniuždant pateiktas grafike (2 pav.).
Pateiktame grafike matome, kad bandinių stipris gniuždant mažėja didinant klinties
kiekį, 15 % portlandcemenčio pakeitus klintimis, bandinių stipris sumažėja 7,4 %,
o bandinių su 30 % klinčių priedo kiekiu – 27,3 %. Tačiau palyginus rezultatus su
tuo pačių priedo kiekiui, naudojant maltas ir ultragarsiniu dispergavimu paveiktas
klintis, matome, kad bandiniai su disperguotomis klintimis turi didesnį
gniuždomąjį stiprį (15 % priedo kiekis, stipris didesnis 0,7 %; 30 % priedo kiekis –
7,9 %).
2 pav. Bandinių stiprio gniuždant priklausomybė nuo priedo kiekio
30
Išvados
1. Ultragarsiniu dispergavimu paveiktų klinčių savitasis paviršius yra daug
didesnis (~40 %) nei nedisperguotų.
2. Klinties priedas mažina betono tankį, tačiau naudojant disperguotas klintis
gaunamas didesnis bandinių tankis, nei bandinių su nedisperguotomis
klintimis.
3. Didinant klinties priedo kiekį mažėja bandinių stipris gniuždant, tačiau
lyginant disperguotas ir paprastas klintis matome, kad pastarosios padaro
didesnę neigiamą įtaką betono stiprumui.
4. Atlikus šiuos tyrimus galima teigti, kad, betono gamyboje, naudojant
ultragarsiniu dispergavimu paveiktas maltas klintis gaunamos geresnės
mechaninės betono savybės nei naudojant nedisperguotas maltas klintis.
Literatūra 1. Vektaris, B. Kalkinių skiedinių ir akytųjų betonų rišamosios medžiagos.
Monografija. Kaunas: Technologija, 2007. ISBN 978-9955-25-342-6.
2. Antanovič, V.; Žvironaitė; J., Pundienė, I.; Kligys, M.; Skripkiūnas, G.; Kičaitė,
A. 2011. Mokslo darbo ataskaita. Plastifikuojančių priedų įtaka klinties
portlandcemenčio ir jo skiedinių bei betonų savybėms. VGTU.
3. Allahverdi, A; Salem, S. 2010. Stimultananeous influences of mikrosilica and
limestone powder on properties of Portland cement paste. Ceramics – Silicaty 54:
65-71 p.
4. Boanavetti, V.; Donza, H.; Menendez, C.; Cabrera, O.; Irassar, E.F. 2003.
Limestone filler cement in low W/C concrete: a rational use of energy. Cement
and Concrete Research 33: 865-871 p.
5. Yahia, A.; Tanimura, M.; Shimoyama, Y. 2005. Rhelogical properties of higly
flowable mortar containeing limestone filler – effect of powder content and W/C
ratio. Cement and Concrete Research 35: 532-539 p.
6. Petit, J.Y.; Wirquin, E. 2010. Effect of limestine filler content and superplasticizer
dosage on rheologigal parameters of highly flowable mortar under light pressure
conditions. Cement and Concrete Research 40: 235-240 p.
7. Nehdi, M. 2003. Why some carbonate filler cause rapid increases of viscosity in
dispersed cement – based materials. Cement and Concrete Research 30: 1663-
1669 p.
8. Magistrantūros studijų baigamasis darbas: Termiškai purkštų dangų tyrimai
ultragarsiniais metodais. Justinas Gargasas. VGTU. 2011 m.
31
ŠIUOLAIKINIŲ STAMBIAPLOKŠČIŲ NAMŲ
STATYBOS TECHNOLOGIJŲ ANALIZĖ
Modern large-block houses construction technology analysis
Mindaugas Kumža, Marijonas Daunoravičius Kauno technologijos universitetas
Abstract . The paper the Lithuanian construction applied in practice precast concrete wall panel
installation technology. Calculated mounting technology time consumption, given their economic evaluation.
Įvadas
Vis daugiau investuotojų Lietuvoje daugiabučių namų statybai pasirenka
modernias surenkamo gelžbetonio konstrukcijas – inovacijų nebijantys
statybininkai iš pradžių pabandę ir pastatę vieną daugiabutį ir įvertinę tiek statybos
iš surenkamo gelžbetonio privalumus statybos proceso metu tiek naudą butų
pirkėjams, vėliau vysto ištisus tokių namų kvartalus. Šiuolaikines surenkamo
gelžbetonio konstrukcijas galima projektuoti pagal individualų architektūrinį
sumanymą, pageidaujamą buto išplanavimą, parinkti išskirtinę fasado apdailą
Darbe nagrinėjamos Lietuvos statybos praktikoje taikomos surenkamųjų
gelžbetoninių sienų plokščių montavimo technologijos. Skaičiuojamos montavimo
technologijų laiko sąnaudos, pateikiamas jų ekonominis įvertinimas.
Darbo tikslas – išanalizuoti ir technologiškai bei ekonomiškai palyginti
skirtingus gelžbetoninių sienų plokščių montavimo variantus.
1. Naujos surenkamųjų gelžbetoninių plokščių montavimo
technologijos
1.1 Surenkamųjų gelžbetoninių sienų plokščių parametrai
Lietuvoje gaminamų surenkamųjų gelžbetoninių sienų plokščių parametrai
pateikiami 1 lentelėje [1].
1 lentelė. Surenkamųjų gelžbetoninių sienų plokščių parametrai
Betono klasė Tankis, kg/m3. Ilgis, m. Aukštis, m. Storis, m.
C25/30 2500 7.50 3.50 0.1-0.3
32
1.2 Plokščių montavimas paliekant įrengimo siūles
Jungiant trisliuoksnes gelžbetonines sienas, fasadinėje pusėje matoma
jungimo siūlė, išryškėja kiekvienos sienos
segmentas. Horizontalios jungimo siūlės
plotis 15 mm, o vertikalios - 20 mm.
Horizontaliojoje siūlėje kas 2 metrus
įmontuojami kondensato nuvedimo
vamzdeliai. Siūlės užsandarinamos
specialiu hermetiku, kuris yra įpurškiamas
į esamą ertmę (1 pav.).
1 pav. Horizontalių ir vertikalių siūlių užtaisymas
1.3 Besiūlis sieninių plokščių montavimas (1 variantas)
Surenkamosios stambiaplokštės – dvisluoksnės sienos yra sumontuojamos
statybos aikštelėje, kurioje daroma ir galutinė fasado apdaila, taip paslepiant
jungimo siūles. Rekomenduojami du fasadų apdailos būdai [2] :
Fasado tinkavimas plonasluoksniais dekoratyviniais tinkais;
Fasado apdaila keraminėmis arba klinkerinėmis apdailos
plytelėmis.
1.4 Besiūlis sienų plokščių montavimas (2 variantas)
Šiuo atveju surenkamosios plokštės
gamykloje pagaminamos su apdailiniu fasadiniu
paviršiumi iš plonasluoksnio tinklo, statybos
aikštelėje belieka užtaisyti jungimo siūles ir sienas
nudažyti (2 pav.). Ši technologija plačiai taikoma
Suomijoje, kur iš tokio tipo surenkamųjų
gelžbetonio plokščių pastatyti ištisi kvartalai .
Besiūlės sienos sluoksniai:
1. Gelžbetonio konstruktyvinis sluoksnis
2. Termoizoliacijos sluoksnis 100 – 300 mm.
3. Gelžbetonio sluoksnis 30 mm.
4. Armuojantis tinklelis per visą gaminį
5. Plonasluoksnis tinko sluoksnis 2 pav. Surenkamo besiūlio fasado konstrukcija
Sujungus gelžbetonio sienų plokštes lieka jungimo siūlė, kurioje yra du
atskirų segmentų prasikišę armuojantys tinkleliai (3 pav.).
33
Sujungiant armuojančius tinklelius panaudojama papildoma armuojančio
tinklelio juosta, kuri specialiu įrankiu sujungia tinklelius į bendrą mazgą. Siūlė
užtaisoma ir išlyginama tinkiniu skiediniu, pastatas paruoštas dažymui.
3 pav. Jungimo siūlė prieš užtaisymą
2 Surenkamųjų gelžbetoninių sienų plokščių montavimo technologijų
efektyvumo palyginimas
Siekiant nustatyti, kuri taikytina technologija yra optimali reikia konkrečiam
pastatui parengti technologinį ir ekonominį palyginimą, įvertinant medžiagų
kainas, darbo ir mechanizmų sąnaudas, bei statybos trukmę. Technologijų
palyginimui buvo pasirinktas konkretus pastatas - UAB „Eika“ statomas
gyvenamasis namas Vilniuje. Pastatas yra 9 aukštų iš surenkamųjų trisluoksnių
gelžbetonio plokščių. Palyginimui parenkama vakarinė pastato pusė, padalinta į 54
atskirus surenkamųjų gelžbetonio sienų segmentus, kurie yra suskirstyti į 4
skirtingus tipus [4].
UAB „Betonika“ gaminių montavimo laikui nustatyti rekomenduojama
taikyti Suomijoje naudojamą darbo sąnaudų skaičiavimą. Tai yra rekomendacinio
pobūdžio medžiaga. Kiekvienas skaičiuojantysis turėtų atsižvelgti į vietos sąlygas
ir turimus išteklius. Darbo laikas skaičiuojamas naudojant specialiai tam parengtas
lenteles [3]. Žmogaus darbo valandos skaičiuojamos vienam kvadratiniam metrui
sienos įrengti. Montavimo laikas priklauso nuo montuojamų gaminių kiekio,
gaminių matmenų. Lentelėse nurodoma, kiek kvalifikuotų ir pagalbinių darbininkų
reikės, norint sumontuoti pageidaujamą gaminių grupę, kiek gaminių tokia
darbininkų grandis galės sumontuoti per 8 valandų trukmės pamainą [3;4].
Įvertinant darbo sąnaudas iš lentelių [3] priimta, kad darbininkų grandį sudaro
du kvalifikuoti ir vienas pagalbinis darbininkas. Sienų plokštės montuojamos „nuo
ratų“.
2 lentelėje pateiktas nagrinėjamų sienų montavimo alternatyvų kainų
palyginimas. Lentelėje nurodytos darbo sąnaudos buvo paskaičiuotos ankstesniame
darbe [4].
34
2 lentelė. Daugiabučio namo sienų montavimo kainų palyginimas
Mato
vnt. Koeficientas
Plokščių jungimo tipas
Siūlinis Besiūlis 1 Besiūlis 2
Darbų atlikimo kaina
Darbo sąnaudos žm.val 1,00 337,03 380,90 361,53
Darbo valandos kaina Lt/val 18,50 6235,06 7046,65 6688,31
Mechanizmų kaina
Montavimo trukmė val. 1,00 112,34 126,97 120,51
Siūlių užtaisymo
trukmė val. 1,00 40,36 54,99 48,53
Bokštinis kranas Lt/val 40,50 4549,77 5142,29 4880,66
Pastoliai (Ramirent) Lt/val 22,34 0,00 1228,48 1084,16
Siūlių užtaisymui
pakabinamoji įranga Lt/val 4,00 161,44 0,00 0,00
Medžiagų kaina
Bendras plotas, kaina
1m2 m2 856,90 325,00 245,00 278,00
Perimetras m 1,00 896,94 896,94 896,94
Gaminių kaina Lt/m2 1,00 278492,50 209940,50 238218,20
Dekoratyvinis glaistas Lt/m2 30,724 0,00 27557,90 5511,58
Dažai Lt/m2 22,57 0,00 19340,23 19340,23
Siūlių jungimo
medžiagos Lt/m 16,29 7305,58 7305,58 7305,58
Suma Lt - 296744,34 277561,62 283028,71
Lyginant su trisluoksnėm sienom (siūlinis
jungimas) 0,00 19182,72 13715,63
Kadangi naudojant besiūles sienų montavimo technologijas pastatas
pirmiausia yra sumontuojamas, o jungimo siūlės įrengiamos vėliau, todėl pastolių
nuomos kaina skaičiuojama tik nuo tada, kai pradedamas galutinis fasado
apdirbimas. Siūlinio sienų jungimo atveju pastoliai nenaudojami, vietoj jų
naudojama pakabinamoji įranga, kuria kilnojantis užsandarinamos ir apdirbamos
jungimo siūlės. Dekoratyvinis glaistas besiūlio jungimo 2 variantui paskaičiuotas
tik 20% nuo sienų bendro ploto, kadangi glaistas naudojamas tik siūlės perimetrui
užglaistyti.
Pagrindiniai skaičiavimų duomenys atvaizduojami 1 ir 2 grafikuose.
35
Montavimo trukmė
112,34
126,97
120,51
105,00
110,00
115,00
120,00
125,00
130,00
Siūlinis Besiūlis 1 Besiūlis 2
Siūlinis
Besiūlis 1
Besiūlis 2
4 pav. Daugiabučio namo sienų montavimo trukmės palyginimas
5 pav. Daugiabučio namo sienų montavimo kainų palyginimas
Išvados
1. Surenkamųjų gežbetoninių pastatų sienos gali būti montuojamos
naudojant siūlinę arba dviejų variantų besiūlę sienų plokščių sujungimo
technologijas.
2. Atlikti skaičiavimai rodo, jog įprastinių trisluoksnių gelžbetoninių
plokščių montavimas, paliekant įrengimo siūles bei fasado nedažant
atliekamas 1,13 karto greičiau negu montavimas taikant besiūlę 1 plokščių
jungimo technologiją.
3. Atlikus ekonominius skaičiavimus nustatyta, jog ekonomiškiausia šio
pastato sienų montavimo technologija - tai besiūlio sienų plokščių
montavimo 1 variantas, kai pastato galutinė fasado apdaila atliekama
Darbų, mechanizmų ir medžiagų kaina
296.744,34 Lt
277.561,62 Lt
283.028,71 Lt
265.000,00 Lt
270.000,00 Lt
275.000,00 Lt
280.000,00 Lt
285.000,00 Lt
290.000,00 Lt
295.000,00 Lt
300.000,00 Lt
Sliūlinis Besiūlis 1 Besiūlis 2
Siūlinis
Besiūlis 1
Besiūlis 2
36
statybos aištelėje, kadangi šio varianto gaminių kaina 12% mažesnė, negu
2 besiūlio montavimo varianto.
4. Nustatyta, jog išnagrinėtose technologijose 75 – 94 % sienų įrengimo
kainos sudaro gaminių savikaina.
Literatūra
1. www.Betonika.lt
2. "Surenkami stambiaplokščiai namai besiūliais fasadais", brošiūra,
"PAROC", "ALSECCO", "BETONIKA", 2013 m.
3. "Gelžbetoninių gaminių montavimo darbo sanaudų skaičiavimo
rekomendacijos", "BETONIKA" 2011 m.
4. Surenkamųjų gelžbetoninių fasadų įrengimo technologijų tyrimai.
Tiriamasis projektas 2, M. Kumža, 2013 m.
37
INTENSYVIOS IR VIBRO MAIŠYKLIŲ ĮTAKA
YPATINGAI STIPRAUS BETONO SAVYBĖMS
Intensive and vibro mixers influence on properties of
ultra high performance concrete
Mantas Lazauskas, Evaldas Šerelis Kauno technologijos universitetas
Abstract. The aim of this article is to review main concrete preparation problems: type of concrete
mixer selection and concrete mechanical properties dependence of the selection made. During this
investigation it was tried to find out which type of concrete mixer can produce concrete, which mechanical properties would be better, in comparison with concrete made by other type of mixer.
Objects of analysis were concrete slump, dynamic viscosity, density and compression strength.
Relevance of this theme is to assess possible consequences for concrete mechanical properties, be able to forecast desirable result realization while choosing equipment in order to make best quality
compositional material.
Įvadas
Ypatingai stiprus betonas pasižymi itin dideliu stipriu gniuždant (≥100 MPa)
[1, 2], mažu poringumu (≤ 4 %) [3, 4], dideliu tankiu (iki 2500 kg/m3) ir daugeliu
kitų savybių, kurios leidžia pagaminti maksimaliai ilgaamžiškus betoninius
gaminius [5]. Su įprastinėmis maišyklėmis YSB pagaminti sudėtinga, todėl šiai
kompozicinei medžiagai su itin geromis savybėmis reikia atitinkamai
sudėtingesnių maišyklių.
Mišinio gamybos metu, išgauti homogenišką ypatingai stipraus betono mišinį
yra sudėtinga. Todėl būtina pasirinkti tinkamo tipo ir tinkamų techninių
charakteristikų maišyklę (intensyvią ar vibro), tačiau net ir panašių charakteristikų
maišyklių efektyvumas gali gana ženkliai skirtis.
Douglas Hartwell rengdamas savo magistro baigiamąjį darbą pagamino YSB
su vertikalaus veleno maišykle (Imer Mortarman 750), kurio gniuždomasis stipris
~ 148 MPa naudodamas Ductalypa JS1000 Premix iš anksto paruoštą mišinį skirtą
YSB gamybai [6]. Deltef Heinz pavyko pagaminti ypatingai stipraus betono mišinį
intensyvia maišykle (EIRICH R02 Vac.). 1 parą betonas kietinamas 90°C
temperatūroje (1+24+12) terminiu režimu, o likusį laiką iki 28 parų kietėjimo,
kietinimas vyksta įprastiniu režimu. Pasiektas stipris – 199 MPa su 0,32 V/C
santykiu [7]. Esteban Chamacho savo tyrimų metu yra pagaminęs YSB betono
mišinius su intensyvia maišykle EIRICH R-08W, kurių stipris siekia 126 MPa su
0,25 V/C santykiu, o su standartine „kriaušine“ maišykle pasiekė 101 MPa stiprį
gniuždant prie 0,31 V/C santykio ir 132 MPa su 0,23 V/C santykiu naudodamas
38
skirtingus betono mišinius [8]. Atkreipiant dėmesį ir į tankio reikšmes, Ingo
Schachinger savo tyrimų metu naudodamas intensyvią maišyklę EIRCH R02
pagamino ypatingai stiprų betoną, kurio tankis buvo apie 2280 – 233 kg/m3 su V/C
santykiu 0,25 [9]. Genady Shakhamenko su savo kolegomis tyrimų metu pagamino
YSB, kurio tankis 2360-2400 naudojant nenurodyto tipo intensyvią maišyklę
maišant skirtingų sudėčių mišinius, tačiau visiem išlaikant 0,19 V/C santykį [10].
Apžvelgiant skirtingų bandymų rezultatus nėra visiškai aiški priklausomybė,
kokia maišyklė efektyviau paruošia mišinį, todėl siekiama eksperimentiškai tai
išsiaiškinti. Taigi, šis straipsnis naudingas tuo, jog įvertina dviejų skirtingų
maišyklių tipų: intensyvios ir vibro pagamintų betono mišinių mechanines savybes
bei atlikus rezultatų palyginimus nustatoma, kuri maišyklė efektyvesnė.
1. Tyrimams naudotos medžiagos
Cementas. Tyrimams naudotas Lietuvos įmonės AB „Akmenės cementas“
portlandcementis CEM I 52,5 R, kurio pagrindinės savybės: normalaus tirštumo
tešla – 29,3 %; tūrio pastovumas – 1,0 mm, rišimosi pradžia – 145 min; stipris
gniuždant (po 2/28 parų) – 38,6/65,3 MPa. Minerologinė sudėtis: C3S – 57,26; C2S
– 15,41; C3A – 8,68; C4AF – 10,15.
SiO2 mikrodulkės. Tyrimams naudotos „BASF“ įmonės SiO2 mikrodulkės.
Tai ferosilicio lydinių metu susidarančios labai smulkios dulkės (su dideliu kiekio
amorfinio SiO2). Pagrindinės savybės: tankis – 2120 kg/m3, piltinis tankis (laisvai
supiltu/sutankintu) – 255/329 kg/m3, savitasis paviršius 3524 m
2/kg,
higroskopiškumas 158 %, natūralaus byrėjimo kampas 54º.
Smėlis. Tyrimams naudotas vidutinio stambumo Zatyšių karjero smėlis
(frakcija 0/2 mm, vidutinis tankis –2670 kg/m3, piltinis tankis – 1625 kg/m
3,
tuštumėtumas – 39,1 %, molio ir dulkių kiekis –1,5%).
Kvarcinis smėlis. Tyrimams naudotas Anykščių karjero kvarcinis smėlis
0/0.5 ir 0/2 frakcijos, kurio tankis – 2670 kg/m3, piltinis tankis – 1600 kg/m
3, molio
ir dulkių kiekis – 0,5%.
Cheminiai priedai. Superplastiklis Nr.1: Naudotas „BASF“ įmonės „Glenium
SKY 623“ superplastiklis. Tai polikarboksilato eterių pagrindu pagamintas
superplastiklis. Techniniai duomenys: veiklioji medžiaga – polikarboksilato eteriai;
išvaizda – šviesiai rudas drumstas skystis; tankis – 1,010÷1,070 g/cm3; maksimalus
chloridų kiekis (pagal masę procentais) – 0,10 %; maksimalus ekvivalentinis šarmų
kiekis (pagal masę procentais) – 2,5 %, saugojimas – 5÷20 °C. Superplastiklis
Nr.2: Sika Viscocrete D 190 superplastiklis, kurio techniniai duomenys: išvaizda -
pilkšvai baltos spalvos skystis, tankis ~ 1.04 g / cm3 , chloridų kiekis < 0,10 %
medžiagų masės, pH ~ 4,4, šarmų kiekis < 0,30 % medžiagų masės. Superplastiklis
Nr.3: Sika Viscocrete 225 superplastiklis, kuris yra polikarboksilato milteliai.
Techniniai duomenys: veiklioji medžiaga – polikarboksilato eteriai; išvaizda – balti
milteliai; tankis ~ 1,1 g/cm3; saugojimas – 7÷27 °C.
39
1 lentelė. YSB Mišinio sudėtis
Pastaba: 1 Glenium SKY 623, 2 Sika Viscocrete D 190, 3 Sika Viscocrete 225.
2. Tyrimų metodikos
Betono mišinio paruošimas. Betono mišiniams paruošti buvo naudoti sausi
užpildai. Cementas, SiO2 mikrodulkės ir kiti komponentai buvo dozuojami pagal
masę, vanduo ir cheminiai priedai buvo dozuojami pagal turį. Dalis cheminių
priedų buvo ištirpinami vandenyje ir įmaišomi į mišinius kartu su vandeniu, dalis
be vandens. Maišymas atliktas su laboratoriniu intensyviu ir vibro maišytuvu.
Pagrindiniai vibro maišytuvo parametrai: svyravimo dažnis 30-500 Hz, tūris 4
litrai. Maišymas pradedamas nuo mažiausio dažnio ir per 15 sekundžių pakeliamas
iki maksimalaus. Pagrindiniai intensyvaus maišytuvo parametrai: 34 aps./min,
talpa 5 litrai, virpesių dažnis 50 Hz. Mišinio sudėtis pateikta 1 lentelėje, o maišymo
procedūra pateikta 2 lentelėje.
2 lentelė. YSB mišinio maišymo procedūra
Laikas, sek. Maišymo procedūra
60 Smėlio, SiO2 mikrodulkių, ir cemento homogenizavimas
30 Supilamas visas reikiamas vanduo ir 50 % superplastiklio
60 Homogenizavimas
120 Pauzė
30 Likusio plastiklio dozavimas
60 Homogenizavimas
Betoninių bandinių formavimas ir kietinimas. Betono savybėms tirti
suformuoti cilindro formos bandiniai (d=50 mm ir h=50 mm). Bandiniai buvo
tankinami apie 30 sekundžių ant laboratorinės vibroplokštės CM 539 (virpesių
Su
dėt
is
V/C
Va
nd
uo
, l
Cem
enta
s,
kg
/m3
Mikroužpildai,
kg/m3
Įprastinis
smėlis,
kg/m3 Superplastiklis, l SiO2
mikro-
dulkės
Kvarco
dulkės
G1 0,30 176 735 99 412 962 36,761
G2 0,30 176 735 99 412 962 36,762
G3 0,30 176 735 99 412 962 36,763
VB1 0,30 176 735 99 412 962 36,761
VB2 0,30 176 735 99 412 962 36,762
VB3 0,30 176 735 99 412 962 36,763
40
dažnis – 50 Hz, amplitudė – 0,5 mm), ir dalis bandinių paliekami kietėti
laboratorinėje aplinkoje (20±2 ºC) prie 95% santykinės drėgmės. Kita dalis
bandinių buvo 24 val. kietinti šutinimo kameroje prie 80 °C (šutinimo režimas
2+19+3 val.), likusį laiką iki 28 parų bandiniai laikyti vandenyje esant 20 °C.
Dinaminės klampos nustatymas. Dinaminis mišinio klampis buvo
nustatytas, pagal modifikuotą Stokso dėsnį. Tam buvo panaudotas 10 cm aukščio
plastikinis vamzdelis, kuris buvo pripildytas žinomo tankio betono mišiniu ir per
kurį buvo matuojamas pastoviu greičiu skęstančio plieninio rutuliuko laikas.
Rutuliuko padėtis cilindriniame vamzdelyje buvo matuojamas metalo detektoriumi.
Slankumas. Slankumas nustatytas naudojant šviežio betono mišinį pagal LST
EN 12350-2:2009 standartą.
Tankis. Tankis buvo nustatytas po 28 parų (naudojant d=50 mm ir h=50 mm
formos cilindrus) pagal LST EN 12390-7:2009 standartą.
Stipris gniuždant. Stipris gniuždant buvo nustatytas po 28 parų (naudojant
d=50 mm ir h=50 mm formos cilindrus) pagal LST EN 12390-7:2009 standartą.
3. Tyrimų rezultatai Pagal ankščiau aprašytas tyrimo metodikas buvo atliktas ypatingai stipraus
betono mišinio maišymas (sudėtys pateiktos 1 lentelėje). Siekiant įvertinti, kuri
maišyklė yra efektyvesnė gaminant YSB buvo taikomi anksčiau minėti tyrimo
metodai išmatuoti betono mišinio dinaminei klampai, slankumui, sukietėjusio
betono tankiui ir stipriui gniuždant.
Gaminant betono mišinį vibracine maišykle gauti dinaminės klampos
matavimo rezultatai naudojant pirmąjį – superplastikliu Glenium SKY 623 buvo
343 Pa·s, antrąjį – Sika Viscocrete D 190 gauta 274 Pa·s ir naudojant trečiąjį –
Sika Viscocrete 225 gauta reikšmė buvo 1714 Pa·s.
34
3
27
4
17
14
33
0
78
12
06
0
400
800
1200
1600
2000
Din
am
inė
kla
mp
a P
a·s
Sudėčių pavadinimai
Vibro maišykle ruošto betono klampa
Intensyvia maišykle ruošto betono klampa
G2
G1
G3
VB
1
VB
1
VB
1
29 3
2
22
31
39
24
0
10
20
30
40
50
Sla
nk
um
as,
cm
Sudėčių pavadinimai
Vibro maišykle ruošto betono slankumas
Intensyvia maišykle ruošto betono slankumas
G3
VB
3
G2
VB
2
G1
VB
1
1 pav. Intensyvia ir vibro maišykle pagamintų
betono mišinių dinaminės klampos palyginimas
2 pav. Intensyvia ir vibro maišykle pagamintų
betono mišinių slankumo palyginimas
41
Atlikus dinaminės klampos matavimus su intensyvia maišykle paruoštu
betonu gautos rezultatų reikšmės buvo mažesnės ~35 %. Aiškiai matoma, jog
vibracine maišykle ruošto betono dinaminė klampa yra didesnė, nei betono ruošto
intensyvia maišykle (1 pav.)
Be dinaminės klampos, matuojamas ir dar vienas konsistenciją apibūdinantis
rodiklis – slankumas (2 pav.). Vibracine maišykle paruošto betono išmatuotas
slankumas VB1 sudėčiai – 29 cm, VB2 sudėčiai – 32 cm, VB3 sudėčiai 22 cm,
V/C santykis 0,30. Lyginant šiuos rezultatus su vibracine maišykle paruošto betono
matavimų rezultatais, intensyvia maišykle paruošto betono slankumo reikšmės
23
35
22
35
23
00
23
46
22
61
23
13
0
400
800
1200
1600
2000
2400
Tan
kis
, kg/m
³
Sudėčių pavadinimai
Vibro maišykle ruošto betono tankis
Intensyvia maišykle ruošto betono tankis
VB
1
G1
VB
2
VB
3
G2
G3
23
23
22
63
23
24
23
61
22
74
23
10
0
400
800
1200
1600
2000
2400
Tan
kis
, kg/m
³Sudėčių pavadinimai
Vibro maišykle ruošto betono tankisGreitaeige maišykle ruošto betono tankis
VB
1
G1
VB
2
VB
3
G2
G3
3 pav. Betono tankio rezultatai taikant įprastinį kietinimo režimą
4 pav. Betono tankio rezultatai taikant terminį kietinimo režimą
13
5
11
5 13
1
12
6
11
0
11
7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Sst
ipri
sg
niu
žda
nt,
MP
a
Sudėčių pavadinimai
Vibro maišykle ruoštas betonas
Intensyvia maišykle ruoštas betonas
VB
1
G1
VB
2
G2
VB
3
G3
15
2
12
0 15
1
14
8
11
4
14
2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Sti
pri
s gn
iužd
an
t, M
Pa
Sudėčių pavadinimai
Vibro maišykle ruoštas betonas
Intensyvia maišykle ruoštas betonas"
VB
1
G1
VB
2
G2
VB
3
G3
5 pav. Intensyvia ir vibro maišykle pagamintų
betono mišinių stiprio gniuždant palyginimas taikant įprastinį kietinimo režimą.
6 pav. Intensyvia ir vibro maišykle pagamintų
betono mišinių stiprio gniuždant palyginimas taikant terminį kietinimo režimą.
42
gautos didesnės. G1 sudėčiai 31cm, G2 – 39 cm, G3 – 24 cm, V/C santykis 0,30.
Įvertinus skaitines vertes procentiškai, gaunamas 10,9 % skirtumas.
Kiek kitokia situacija susiklostė lyginant betono tankio rezultatus (3, 4 pav.).
Taikant įprastą kietinimo režimą, tankio reikšmės lyginant vibro ir intensyvia
maišykle pagamintą betoną praktiškai nesiskyrė, o taikant terminį kietinimo režimą
skirtumas buvo vos 0,5%. Skirtumai yra labai maži, todėl pranašumą įžvelgti
sudėtinga. Tuo labiau, jog V/C santykio reikšmės taip pat abiems mišiniams yra
vienodos – 0,3.
Viena aktualiausių šio tyrimo savybių yra stipris gniuždant (5, 6 pav.).
Gautų rezultatų reikšmės skiriasi dėl taikytų skirtingų kietinimo režimų.
Kietinant įprastiniu režimu VB1, VB2 ir VB3 sudėčių stiprio gniuždant vidurkis
buvo 127 MPa, kai V/C santykis 0,30, o G1, G2 ir G3 sudėčių vidurkis – 118 MPa,
kai V/C santykis toks pat. Ruošiant YSB mišinį intensyvia maišykle gaunamas ~ 7
% didesnis betono stipris gniuždant, nei gaminant betoną vibro maišykle. Kietinant
bandinius taikant terminį režimą vibracinie maišykle pagaminto betono stipris
vidutiniškai buvo 141 MPa su 0,30 V/C santykiu, o intensyvia maišykle ruošto
mišinio vidutinis tankis buvo 135 MPa, kai V/C 0,30. Taigi, taikant kitą kietinimo
režimą, pastebima, jog VB1, VB2 ir VB3 sudėčių stipris gniuždant yra ~ 4,3 %
didesnis.
Vibro maišykle paruoštas betonas yra slankesnis ir klampesnis nei betonas,
paruoštas naudojant intensyvią betono maišyklę. Lyginant tankio reikšmes
išskirtinumų nepastebėta, gautos reikšmės beveik tapačios. Galima teigti, jog šiuo
atveju maišyklės tipas neturėjo įtakos betono tankiui. YSB stiprio gniuždant
reikšmės pasiskirstė vibracinės maišyklės naudai, kietinant terminiu režimu ir
intensyvios maišyklės naudai kietinant įprastiniu režimu. V/C santykis lyginant su
intensyvia maišykle buvo vienodas – 0,3. Taigi, su vienodu V/C santykiu
naudojant vibro maišyklę pavyko pagaminti slankesnį ir didesnio stiprio betoną nei
gaminto intensyvia maišykle. Galima daryti išvadą, jog geriau naudoti vibro, o ne
intensyvią betono maišyklę siekiant gauti geresnes YSB mechanines savybes.
Išvados
Dinaminės klampos ir slankumo rodiklių lyginimo atveju pastebimas aiškus
pasiskirstymas: intensyvia maišykle paruošto YSB mišinio dinaminės klampos
reikšmės yra ~ 35 % mažesnės nei mišinio, paruošto vibracine maišykle, o
slankumo reikšmės gautos 10,9 % didesnės, nei vibracine maišykle ruošto betono
mišinio, nors V/C reikšmės buvo vienodos – 0,30.
Lyginant skirtingomis maišyklėmis paruošto betono tankį akivaizdžių
skirtumų nepastebima. Vidutinės reikšmės įprastiniu ir terminiu kietinimo
praktiškai nesiskyrė arba skyrėsi vos keliomis procento dalimis, todėl galima
teigti, jog tankis visais atvejais vienodas. Apibrėžti šio rodiklio priklausomybę
nuo maišyklės tipo yra problematiška.
43
Remiantis surinktais tyrimų duomenimis nustatyta, jog kietinant tiek
įprastiniu režimu, tiek terminiu, didesnis stipris (4 – 7 %) gniuždant gaunamas su
vibro maišykle.
Literatūra
[1] Henry G. Russell, Benjamin A. Graybeal, „Ultra High Performance Concrete:
A State of the Art Report for the Bridge Community“. PUBLICATION NO. FHWA-
HRT-13-060, June 2013, p. 13-16.
[2] E. H. Kadri, S. Aggoun, S. Kenai, and A. Kaci, „The Compressive Strength of
High-Performance Concrete and Ultrahigh-Performance“. Advances in Materials
Science and Engineering Volume 2012 (2012), Article ID 361857, p. 1-7.
[3] Sorelli, L., Constantinides, G., Ulm, F. J., Toutelemonde, F.: „The nano-
mechanical signatare of Ultra High Performance Concrete by statistical
nanoindentation techniques“. Cement and Concrete Research 38 (2008), No. 12, p.
1447-1456.
[4] N. Van Tuan, G. Ye, K. van Breugel, O.Copuroglu, „Hydration and
microstruture of Ultra High Performance conrcete incorporating rice husk ash“
Cement and concrete research 41 (2011) p. 1104-111.
[5] Jan L. Vitek, Robert Coufal, David Čitek, „UHPC – Development and
Testingo on Structural Elements“ Concrete and Concrete structures 2013
Conference, Procedia Engineering 65 (2013) 218 – 223
[6] Hartwell, Douglas Robert, "Laboratory testing of Ultra High Performance
Concrete deck joints for use in accelerated bridge construction" (2011). Graduate
Theses and Dissertations.Paper 10420.
[7] Detlef Heinz, Liudvikas Urbonas, Tobias Gerlicher, „Effect of Heat
Treatment Method on the Properties og UHPC“ 3rd International symposium on
UHPC and Nanotechnology fo High Performance Construction Materials, Kassel,
March 7-9, 2012.
[8] Esteban Camacho, Juan Ángel López, Pedro Serna Ros, „Definition of three
levels of performance for UHPFRC-VHPFRC with available materials“, 3rd
International symposium on UHPC and Nanotechnology fo High Performance
Construction Materials, Kassel, March 7-9, 2012.
[9] I. Schachinger, J. Schubert, O. Mazanec, „Effect of Mixing and Placement
methods on Fresh and Hardened Ultra High Performance Concrete (UHPC)“,
International Symposium on Ultra High Performance Concrete, Kassel, Germany,
Septemper 13-15, 2004.
[10] G.Shakhmenko, A.Korjakins, P.Kara, J.Justs, I.Juhnevica, „UHPC
Containing Nanoparticles Synhesized by Sol-gel Method“, 3rd International
symposium on UHPC and Nanotechnology fo High Performance Construction
Materials, Kassel, March 7-9, 2012.
44
BALTOJO CEMENTO PANAUDOJIMAS
GAMINANT YPATINGAI STIPRŲ BETONĄ
Use of White Cement in Ultra High Performance
Concrete
Raminta Lygutaitė, Vitoldas Vaitkevičius
Kauno technologijos universitetas
Abstract. The aim of this article is to evaluate the influence of variaus micro fillers such as silicagel,
SiO2 micro fume, ground glass in ultra high performance concrete (UHPC) using white cement. The
hydratation temperatures were measured in different cement pastes using pseudo colorimetric method. The ratio of water and cement was constant – 0.43. Using obtained concrete mixtures hydratation
temperature results, 5 different UHPC samples were made and the compressive strength was measured.
Although the maximum compressive strength after 28 days reached 104 Mpa, they cannot be compared with real UHPC samples which compressive strength can be over 200 Mpa.
Įvadas. Baltasis cementas yra pagrindinis ingridientas norint pagaminti
architektūrinį ar apdailinį betoną. Cemento spalva parodo jo cheminę sudėtį:
baltasis cementas gaminamas parenkant junginius, kuriuose yra mažai geležies ir
mangano oksidų, kurie suteikia įprastiniui cementui pilką spalvą [1]. Naudojant
baltąjį cementą galima pagaminti ne tik norimos spalvos ar išvaizdos betoną, bet ir
medžiagą, kuri galėtų pasižymėti geromis mechaninėmis savybėmis [2-3]. Mišinių
reologinės savybės priklauso nuo daugelio veiksnių: cemento kiekio, jo sumalimo
smulkumo bei rūšies, V/C santykio, užpildų dalelių formos bei granuliometrijos,
cheminių priedų, maišymo būdo ir kitų veiksnių [4]. Todėl naudojant įvairius
mikro užpildus bei mineralinius priedus bandoma pagaminti ekonomišką,
ilgaamžišką bei stiprų betoną, kuris turi atitikti ir paviršiaus kokybės standartus.
Ypatingai stiprus betonas (YSB) yra naujos kartos betonas, kuris buvo
sukurtas dėl cementinių medžiagų mikrostruktūros patobulinimo [5]. Šis betonas
yra daug žadanti medžiaga, pasižyminti dideliu stiprumu ir puikiu patvarumu [6].
Šiuo metu YSB stipris siekia ir net viršyja 200 MPa [7]. Šios medžiagos
panaudojimas padidina betono stiprį, kas leidžia sumažinti armatūros kiekį [8].
Naudojant baltąjį cementą vietoj įprastinio, teoriškai pagamintume medžiagą, kuri
turėtų ne tik didelį stiprį, bet ir norimą išvaizdą ir galėtų būti naudojama
laikančiosioms konstrukcijoms be papildomos apdailos.
Tyrimo tikslas: naudojant mikro užpildus ir baltąjį cementą pagaminti
apdailinio betono bandinius, kurie savo stipruminėmis savybėmis galėtų lygintis su
YSB.
45
1. Naudotos medžiagos
Cementas. Tyrimams naudotas „AALBORG“ įmonės baltasis
portlandcementis CEM I 52.5 N, kurio pagrindinės savybės: smulkumas- 410
m2/kg, pagal Bleino metoda, baltumo laipsnis - ne mažiau kaip 84.5%, stipris
gniuždant po 28 parų - 70,0 MPa. Portlandcemenčio mineraloginė sudėtis: 62%-
C3S, 25%- C2S, 4%- C3A, 1%-C4A, 0.1-0.3%-Na2O, 3-5%- Ca2O4. SiO2
mikro dulkės. Tyrimams naudotos „BASF“ įmonės SiO2 mikro dulkės. Tai
ferosilicio lydinių metu susidarančios labai smulkios dulkės (su dideliu liekiu
amorfinio SiO2). Pagrindinės savybės: tankis – 2120 kg/m3, piltinis tankis –
255/329kg/m3, savitasis paviršius 3524 m
2/kg, higroskopiškumas - 158 %.
Cheminė sudėtis: 92.08%- SiO2, 1.16%- Al2O3, 1.24%- Fe2O3, 1.07%- CaO,
0.80%- MgO, 1.27%- SO3, 0.67%- K2O, 1.13%- Na2O.
Maltas stiklas. Tyrimams panaudotas įvairių butelių maltas stiklas.
Pagrindinės savybės: frakcija – 0/01, lyginamasis paviršius – 1485 cm2/g, piltinis
tankis – 1245 kg/m3, tankis – 2266kg/m
3.
Silikagelis. Tai amorfinis SiO2, mėlynos spalvos, kurio tankis 700 kg/m3.
Silikagelis pasižymi stipriomis adsorbcinėmis savybėmis.
Kvarco dulkės. Tyrimams naudotas AB „Anykščių kvarcas“ maltas 0/001
frakcijos kvarcinis smėlis, kurio pagrindinės savybės: tankis-2671 kg/m3, piltinis
tankis – 1425 kg/m3, molio ir dalelių kiekis – 0.5%.
Kvarcinis smėlis. Tyrimams naudotas Anykščių karjero kvarcinis smėlis 0/2
frakcijos, kurio tankis – 2670kg/m3, piltinis tankis – 1600 kg/m
3, molio ir dulkių
kiekis – 0.5%.
Marmuras. Naudota marmuro skalda iš Suomijos, 1/2 mm, kurios tankis
1522kg/m3.
Superplastiklis. Tyrimams naudotas superplastiklis, kuris pagamintas
polikarboksilato eterių pagrindu. Pagrindinės savybės: aktyvioji medžiaga –
polikarboksilato eteriai, išvaizda - bespalvis skystis, tankis– 1.010÷1.070 g/cm3,
maksimalus chloridų kiekis (pagal masę) – 0.10 %.
2. Tyrimų metodika
Ieškant racionalios sudėties yra tikslinga atlikti pseudokalorimetrinį metodą,
kuris įvertina rišamųjų medžiagų hidratacijos šilumą. Lyginant skirtingų mišinių
hidratacijos temperatūras bei trukmes galima numatyti betono mechanines savybes.
Kalorimetrija - tai medžiagos išskiriamos šilumos kiekio matavimas per tam
tikrą laiko tarpą. Šių prietaisų pagrindinė charakteristika yra šilumos laidumas,
pagal kurį jie klasifikuojami į izometrinius, adiabatinius ir šilumą
praleidžiančiuosius. Aprašytuose tyrimuose naudojami adiabatiniai kalorimetrai,
kuriuose išsiskyrusi šiluma lieka sistemoje. Tiriamoje medžiagoje šiluma yra
kaupiama, dėl to medžiagos temperatūra kyla ir šilumos kiekis nustatomas pagal
išmatuotą temperatūrą. Temperatūrai matuoti naudojamos termoporos – tai dviejų
skirtingų metalų vielos, sujungtos kartu viename gale [9].
46
Tyrimų pradžioje nustatyta cementinės tešlos hidratacijos temperatūros ir
trukmės įtaka pseudokalorimetriniu metodu naudojant skirtingus mikroužpildus,
t.y. keičiant silikagelio, malto stiklo bei SiO2 mikro dulkių kiekį cementinėje
tešloje. Naudotas V/C santykis 0.43. Pirmasis bandinys buvo kontrolinis, o kituose
naudota 5%, 10%, 15% ir 20% silikagelio. Iš hidratacijos smailių maksimumų
galima teigti, kad tik naudojant 5 % silikagelio hidratacijos temperatūra yra
aukštesnė nei kontroliniame (0% silikagelio) bandinyje, ji pakyla nuo 44°C iki
47°C. Visais kitais atvejais silikagelio panaudojimas pablogina cementinės tešlos
hidratacijos procesą (1 pav.).
1 pav. Silikagelio įtaka cementinės tešlos hidratacijos procesui
2 pav. Malto stiklo įtaka cementinės tešlos hidratacijos procesui
Antrojo eksperimento metu buvo tiriama malto stiklo įtaka hidratacijos
procesams. Šiuose mišiniuose naudojami 5% silikagelio (optimalus kiekis), o
malto stiklo buvo dedama 5%,10%, 15%, 20% ir rezultatai lyginami su kontroliniu
bandiniu. Naudojant 10% malto stiklo mišinyje, ne tik išlaikė tą pačią hidratacijos
10 %
5%
0%
15%
20%
0%
5%
15%
20%
10%
47
temperatūrą kaip ir kontroliniame bandinyje (45°C), bet ir sutrumpino hidratacijos
maksimumo trukmę. Naudojant 15% bei 20% malto stiklo hidratacijos smailių
maksimumai buvo beveik vienodi (44°C). Mišinys su 5% malto stiklo pasižymėjo
žemiausia hidratacijos temperatūra (2 pav.).
Trečiajame eksperimente naudotos SiO2 mikro dulkės. V/C santykis buvo
lygus 0.55. Šiame eksperimente galima išskirti 15% SiO2 mikro dulkių
panaudojimą cementinėje tešloje, kurios pagerino hidratacijos temperatūrą nuo
43°C (kontroliniame bandinyje) iki 45° C. Tačiau dėl SiO2 mikro dulkių juodos
spalvos, jį naudoti betonuose su baltuoju cementu nėra efektyvu, nors jis ir
pagerina betono mechanines savybes (3 pav.).
3 pav. SiO2 mikro dulkių įtaka cementinės tešlos hidratacijos procesui
Naudojantis gautais mišinių hidratacijos temperatūrų išsiskyrimo rezultatais
(naudojant skirtingus mikro užpildus), suformuluotos penkios betono mišinių
sudėtys. Cementas ir užpildai sudozuoti pagal masę, o vanduo ir cheminiai priedai
– pagal tūrį. Iš kiekvienos sudėties buvo pagaminta po 6 bandinius (50mm
skersmens ir 50 mm aukščio cilindrai). Formose bandiniai buvo laikomi 24 val.,
esant 20±2°C. Išimti iš formų bandiniai buvo kietinami 28 paras vandenyje, kurio
temperatūra 20±2°C.
1 lentelė. Betono mišinių sudėtys, 1m3
Nr V,l C, kg
V/C SiO2
mikro
dulkės,
kg
Kvarco dulkės,
kg
Maltas stiklas,
kg
Kvar-cinis
smėlis
, kg
Mar-muras
, kg
Super-plastik-
lis, l
Pig-men-
tas
1 253 735 0,34 99 412 - 962 - 36,76 -
2 253 735 0,34 - 419 75,5 962 - 36,76 -
3 253 735 0,34 - 412 - - 720 36,76 -
4 253 735 0,34 - 412 - 602 360 36,76 -
5 253 735 0,34 - 419 75,5 962 - 36,76 +
trukmė, min
t,°C 5% 15%
20%
0%
10%
48
Prieš suformuojant bandinius, buvo nustatyta betono mišinio dinaminė
klampa. Dinaminė klampa nustatyta pagal Stokso dėsnį, panaudojant 10 cm
aukščio ir 4.7 cm skersmens plastikinį vamzdelį. Buvo matuojamas pastoviu
greičiu skęstančio plieninio rutuliuko laikas. Rutuliuko padėtis cilindriniame
vamzdelyje buvo fiksuojama metalo detektoriumi. Dinaminė klampa
apskaičiuojama pagal 1 formulę.
;4,2
1
1
9
)(22
R
rv
rg
past
skrut
(1)
čia: g - Laisvo kritimo pagreitis [m/s2]; r - Plieninio rutuliuko spindulys [m]; rut -
Plieninio rutuliuko tankis [kg/m3]; sk - Betono mišinio tankis [kg/m
3]; R -
Plastikinio cilindro spindulys [m]; pastv - Pastovus plieninio rutuliuko skendimo
greitis [m/s], apskaičiuojamas pagal 2 formulę.
;t
lv past
(2)
čia: l - Pastovaus plieninio rutuliuko skendimo kelias [m] per laiką t [s].
3. Tyrimų rezultatai
4pav. Bandinių stipris gniuždant po 28 parų, Mpa ir mišinių dinaminė klampa, Pa·s
49
Pirmajame bandinyje naudota 15% SiO2 mikro dulkių. Antrajame bandinyje
maltas stiklas keičia 15% kvarco dulkių. Trečiajame bandinyje visas kvarcinis
smėlis yra pakeičiamas marmuru. Ketvirtajame bandinyje 50% kvarcinio smėlio
keičiama marmuru. Penktoji sudėtis yra tokia pati kaip ir antroji, tik šioje dar buvo
naudojamas pigmentas suteikiantis bandiniams spalvą. Geriausiomis stipruminėmis
savybėmis pasižymėjo trečiasis bandinys, jo stipris gniuždant siekė 104MPa. Labai
artimu gniuždomuoju stipriu pasižymėjo ir pirmasis bandinys (100MPa). Likę
bandiniai pasižymėjo prastesnėmis mechaninėmis savybėmis.
Išvados
1. Buvo nustatyta, kad optimalus silikagelio kiekis sudaro 5% nuo baltojo
portlandcemenčio masės. Toks priedo kiekis leidžia sumažinti naudojamo
cemento kiekį ir gerina hidratacijos kinetiką.
2. Naudojant 10 % malto stiklo betono mišinyje gaunama tokia pati
hidratacijos temperatūrą kaip ir kontroliniame bandinyje, tačiau
hidratacijos laikas nežymiai sutrumpėja.
3. Didžiausias efektyvus SiO2 mikro dulkių panaudojimas yra 15%, taip
hidratacijos temperatūra pakeliama nuo 43 °C iki 45°C.
4. SiO2 mikro dulkių naudojimas mišiniuose su baltuoju cementu nėra
efektyvus dėl jo tamsios spalvos.
5. Didžiausias gniuždomasis stipris 104 MPa pasiekiamas tada, kai visas
kvarcinis smėlis pakeičiamas marmuru.
Literatūra 1. R. Holly, E.J. Reardon, C.M. Hansson, H. Peemoeller „Proton Spin–Spin
Relaxation Study of the Effect of Temperature on White Cement Hydration“ Journal of the American Ceramic Society, Volume 90, Issue 2, 570–577,
February 2007.
2. Luigi Cassar, Carmine Pepe, Giampietro Tognon, Gian Luca Guerrini, Rossano
Amadelli „WHITE CEMENT FOR ARCHITECTURAL CONCRETE,
POSSESSING PHOTOCATALYTIC PROPERTIES“ 11th Int. Congr. on the
Chemistry of Cement (Durban, 2003).
3. G.L. Guerrini, F. Corazza „White cement and photocatalysis“ First Arab
International Conference And Exhibition on The Uses of White Cement Cairo,
Egypt, 28-30 April 2008.
4. Omotola Alawode, P.G.Dip. and O.I. Idowu, M.Sc. „Effects of Water-Cement
Ratios on the Compressive Strength and Workability of Concrete and Lateritic
Concrete Mixes“ , 2011.
5. Arunachalam.K, Vigneshwari.M. “Experimental investigation on ultra high
strength concrete containing mineral admixtures under different curing
conditions”. INTERNATIONAL JOURNAL OF CIVIL AND STRUCTURAL
ENGINEERING Volume 2, No 1, 2011, 33-42.
6. Nguyen Van Tuan, Pham Huu Hanh, Le Trung Thanh, Ye Guang, Marios N. Chris
I. “Ultra High Performance Concrete Using Waste Materials for High-Rise
50
Buildings”. CIGOS-2010: High-rise buildings and Underground structures Paris,
November 18&19, 2010.
7. J. Walraven „High Performance Concrete: a Material with a Large Potential“
Journal of Advanced Concrete Technology Vol.7, No.2, June 2009.
8. V. H. Perry and D. Zakariasen, Lafarge Canada Inc. „First Use of Ultra-High
Performance Concrete for an Innovative Train Station Canopy“, 2004.
9. H. Elzbutas „Statybinių medžiagų savybių ir struktūros ypatybių tyrimo metodai“
Mokomoji knyga, 2007.
51
ORO SRAUTŲ KOMPIUTERINIS MODELIAVIMAS
DIDELIO UŽIMTUMO PATALPOSE
Numerical predictions of air distribution in high occupant
density rooms
Kristina Navickaitė, Andrius Jurelionis Kauno technologijos universitetas
Abstract. Indoor air quality is strongly related to human wellbeing, work efficiency and health. Satisfaction with indoor microclimate depends on the distribution of air jets, which also has some effect
on the efficiency of ventilation system.
Every human being depending on his/her physical activity releases some energy in the form of heat in the environment. A summed convection field normally forms around a group of people who are
close to each other. Such a field obstructs fresh air flow into work zone. Subsequently, this effect
reduces quotient of ventilation system efficiency. In order to determine the possible thermal environment assessment in the location for light
physical work, a conference room has been selected for the study. The simulated conference room can
host 54 people sitting in the circle.
Įvadas
Patalpų oro kokybė stipriai susijusi su žmonių savijauta, darbingumu bei
sveikata. Patalpos lankytojų pasitenkinimą jos mikroklimatu lemia tiekiamo oro
srautų pasiskirstymas patalpoje, kuris taip pat apibūdina ir vėdinimo sistemos
efektyvumą.
Kiekvienas žmogus priklausomai nuo fizinės veiklos aktyvumo į aplinką
šilumos pavidalu išspinduliuoja dalį energijos. Tad virš žmogaus susidaro į viršų
kylantis konvekcinis srautas. Sėdinčių šalia vienas kito žmonių konvekciniai
srautai susilieja sudarydami suminį konvekcinį srautą. Taip jie sukelia
pasipriešinimą iš viršaus tiekiamam šviežiam orui ir trukdo jam pasiekti darbo
zoną, kuri turi būti vėdinama.
Šiam tyrimui pasirinkta konferencijų salė, kurioje žmonės sėdi ir atlieka
lengvą fizinį darbą. Sėdintis žmogus į aplinką išskiria šilumos nuostolius lygius 1,2
MET 1 [1].
Didelio užimtumo salėms orą siūloma tiekti pagal keletą schemų:
1. „Iš viršaus į apačią“. Pagal šia schemą oras turi būti paduodamas per
horizontalias arba šiek tiek pakreiptas į viršų groteles, kad oras „atsimušęs“ nuo
lubų leistųsi į apatinę patalpos dalį.
1 1 MET = 58.15 W/m
2.
52
2. „Iš viršaus į viršų“. Čia oras turi būti paduodamas per lubinius difuzorius,
taip kad nukeliautų iki patalpos sienų ir leistųsi žemyn.
3. „Iš apačios į viršų“. Siūloma orą tiekti per groteles po kėdėmis ir šalinti
viršutinėje patalpos dalyje. Taip sušilęs ir susimaišęs su teršalais šviežias oras kiltų
į viršų.
4. „Zoninis vėdinimas“. Patalpą suskirsčius į zonas orą tiekti per lubinius
difuzorius ir šalinti per apatinėje dalyje įrengtas groteles patalpą išskirstant į zonas
[2].
Darbo tikslas: naudojantis skaitinio skysčių ir dujų dinamikos (CFD)
modeliavimo programa sukurti vėdinimo sistemos modelį ir nustatyti
pasitenkinimo šilumine aplinka rodiklius.
5. Tyrimo metodai
Tyrimui atlikti pasirinkta konferencijų salė, talpinanti 54 žmones. Patalpos
plotas 155 m2, aukštis 3,5 m. Joje žmonės sėdi ratu vienas šalia kito. Patalpa turi
vieną išorinę stiklinę atitvarą.
Priimama, kad vidutinis žmogaus kūno paviršiaus plotas 1,75 m2, jie atlieka
1,2 MET darbą, tai reiškia, kad vidutiniškai vienas žmogus į aplinką išspinduliuoja
122,12 W šilumos kiekį.
Oro srautų modeliavimas atliktas naudojantis CFD (computational fluid
dynamic) programa – Flovent 9.3. Joje sukurtas patalpos modelis su jam būdingais
bruožais, aplinkos charakteristikomis.
Toliau sukurtoje erdvėje numatomos žmonių sėdėjimo vietos. Skaičiavimo
uždavinio supaprastinimui priimama, kad sėdintį žmogų imituos trys kuboidai.
Jiems priskirtas suminis išspinduliuojamos energijos kiekis 122,12 W ir CO2 dujų
išsiskyrimai (žr. 1 pav.). Priimama, kad žmogus iškvepia 0,9 m3/h +35°C oro,
kuriame yra 4 % CO2 dujų.
1 pav. Kompiuterinis patalpos modelis su žmonių sėdėjimo vietomis bei difuzorių
išdėstymu
53
Priimama, kad aplinkos temperatūra yra +20°C, o tiekiamo į patalpą oro ir
patalpos oro temperatūrų skirtumas 1,5°C [3]. Išorinės aplinkos temperatūra
priimta -20°.
Tiekiamo į patalpą oro kiekis apskaičiuojamas priimant, kad vienam žmogui
reikia 36 m3/h šviežio oro [3]. Lubinių oro skirstytuvų techninės charakteristikos:
našumas 209 m3/h, l0,2=2.5 m, matmenys 200-600 mm, triukšmo lygis 25 dB(A).
Oro tiekimui numatoma 10 vienodo tipo lubinių skirstytuvų (žr. 1 pav.). Oro
ištraukimas modeliuojamas per patalpos apačioje išdėstytas groteles (200 x 300
mm).
Sudarius patalpos modelį parinktas skaičiavimo modelis ELVEL K-Epsilon.
Visa erdvė padalyta į 176514 baigtinių elementų ir nustatyta atlikti 5000 iteracijų.
Rezultatai
Programai atlikus skaičiavimus sudarytas erdvinis modelis, leidžiantis matyti
kaip patalpose pasiskirsto oro srautai. Taip pat apskaičiuoti PPD (tikėtinas
nepatenkintųjų procentas) ir PMV (tikėtinas vidutinis aplinkos vertinimas)
rodikliai, leidžiantys apspręsti patalpos mikroklimato kokybę.
Iš liekamųjų skaičiavimo verčių grafiko matyti, kad programa baigė spręsti
tik KETurb ir DissTurb lygtis, o temperatūros, slėgio ir ašinių oro srautų greičių
lygtys svyravo tam tikrame lygyje (žr. 2).
2 pav. Liekamųjų skaičiavimo verčių grafikas
Atlikus skaičiavimus gauta, jog patalpos temperatūra +22.5°C (žr. 3 pav.), kas
atitinka higienos normų keliamus reikalavimus patalpų temperatūrai +22±2°C [4].
54
PMV rodiklio įvertis svyruoja apie 0, tai reiškia, kad patalpos mikroklimatas
vertinamas gerai (žr. 4 pav.) [1].
3 pav. Temperatūros patalpoje pasiskirstymas
4 pav. PMV rodiklio grafinė išraiška
55
5 pav. PPD rodiklio grafinė išraiška
PPD rodiklio grafike matyti, jog savo šilumine aplinka nepatenkintųjų būtų
15%. Tai netenkina norminių reikalavimų, kuriuose nurodoma, jog šiluminė
aplinka darbo aplinkoje turi būti tokia, kad PPD rodiklis būtų žemesnis nei 10%
[4].
Iš paveiksluose pavaizduotų vektorių krypčių matoma, kad šviežias oras
pasiekia darbo zoną ir susimaišo su joje esančiu oru. Užtikrinamas teršalų (CO2)
atskiedimas.
Išvados
1. Sumodeliuotos patalpos oro temperatūra, apskaičiuota naudojantis
FloVENT 9.3 programa, gauta +22,5°C.
2. Patalpos šiluminio komforto vertinimas tikėtinas apie 0.
3. Nepatenkintųjų šilumine aplinka skaičius numatomas 15%.
4. Pasirinktasis vėdinimo sistemos modelis užtikrina teršalų atskiedimą ir
šviežio oro atitekėjimą iki darbo zonos.
Diskusijai
Iš paveikslo 2 matyti, kad skaičiavimai nekonvergavo. Todėl gautųjų
rezultatų negalima laikyti tiksliais ir reikalinga tikslinti skaičiavimo modelį.
Tikslinga pakeisti oro tiekimo/šalinimo difuzorių vietas, jų skaičių ir pro juos
pratekančio oro srautą. Taip pat skaičiavimams atlikti naudotas supaprastintas
modelis – žmonės vaizduoti kuboidais. Tikslesniems rezultatams gauti reikėtų
naudoti labiau atitinančius sėdintį žmogų modelius.
56
Kaip rodo skaičiavimai, nors pasirinktoji vėdinimo sistema užtikrina teršalų
atskiedimą ir šviežio oro patekimą į darbo zoną, bet tai neužtikrina jog bus
išlaikytas minimalus nepatenkintųjų aplinka minimalus skaičius (10%).
Projektuojant didelio užimtumo patalpas nepakanka laikytis teisinių
reikalavimų ir normų, tam kad būtų užtikrinta tinkama šiluminė aplinka patalpoje.
Tikėtina, kad padidinus tiekiamo oro kiekį, arba sumažinus jo temperatūrą,
mikroklimato sąlygos patalpoje būtų vertinamos palankiau ir nepatenkintųjų
šilumine aplinka skaičius sumažėtų.
Literatūra 1. ISO 7730:1994(E) Moderate thermal environments –Determination of the PMV
and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort.
2. К. С. Елизаров. Теплоснабжение бентиляция и кондиционирование воздуха в
театрах. Москва. 1959. 170. K.S. Elizarov. Teplosnobženie ventiliacija i
kondicionirovanie vozducha v teatrach.
3. STR 2.09.02:2005 „Šildymas, vėdinimas ir oro kondicionavimas“.
4. Higienos normos HN 69:2003 „Šiluminis komfortas ir pakankama šiluminė
aplinka darbo patalpose. Parametrų norminės vertės ir matavimų reikalavimai“.
57
EKSPLOATUOJAMŲ DAUGIAFUNKCINIŲ
SPORTO AIKŠTELIŲ DANGŲ DEFEKTŲ ANALIZĖ
Analysis of Exploitable Multi-Use Game Area Surface
Defects
Paulius Paulauskas Kauno technologijos universitetas
Abstract. In current society sports has become an integral part of culture, for which large amount of
funds are invested from the private and public sectors. Part of investment is used for multi-use game
areas (MUGA), which are functional and frequently used, so there is higher probability of defects appearance. MUGA surface defect analysis is based on an accepted LST EN 14877:2006 standard,
where all technical requirements are presented. The causes of the defect appearance are not analysed,
because thorough maintenance is not performed. The study aims to find out, which defects occur during operation and how to avoid them during design and installation stage.
The aim – to analyze and evaluate the most common MUGA surface errors, which have biggest
influence for defects appearance. Tasks – 1 – perform operational tests and defermine surface defects; 2 – carry out the defects couse analysis; 3 – summarize MUGA surface performance tests.
Įvadas
Šių laikų visuomenėje sporto kultūra tampa neatsiejama dalis, į kurią
investuojamos didelės sumos lėšų iš privataus ir valstybinio sektoriaus. Dalis
investicijų yra panaudojama daugiafunkcinių sporto aikštelių įrengimui, kurios yra
funkcionalesnės ir dažniau naudojamos, todėl atsiranda didesnė defektų tikimybė.
Daugiafunkcinių sporto aikštelių dangų defektų analizė yra paremta pagal priimtą
LST EN 14877:2006 standartą, kuriame yra pateikiami dangų techniniai
reikalavimai. Šių dangų defektų atsiradimo priežastys neanalizuotos, nes nuodugni
eksploatacinė priežiūra neatliekama. Tyrimo metu siekiama išsiaiškinti, kokie
defektai atsiranda eksploatacijos metu ir kaip jų galima išvengti priešprojektinėje ir
įrengimo stadijoje.
Darbo tikslas – išanalizuoti ir įvertinti dažniausiai pasitaikančias
daugiafunkcinių sporto aikštelių dangų įrengimo klaidas, kurios turi didžiausią
įtaką esantiems arba eksploatacijos metu atsirandantiems defektams. Uždaviniai –
1 – atlikti eksploatacinius tyrimus ir nustatyti vyraujančius daugiafunkcinių sporto
aikštelių dangų defektus; 2 – atlikti vyraujančių defektų atsiradimo priežasčių
analizę; 3 – apibendrinti daugiafunkcinių sporto aikštelių dangų eksploatacinių
tyrimų rezultatus.
Šiame straipsnyje vertinama Lietuvoje eksploatuojamų daugiafunkcinių
sporto aikštelių dangų būklė, pateikiami eksploataciniai defektai ir analizuojamos
jų atsiradimo priežastys. Tam tikslui pasirinkta devyniolika daugiafunkcinių sporto
58
aikštelių Kauno mieste, kurios įrengtos prie mokyklų, universitetų ir turi atlaikyti
didelius naudotojų srautus.
Nustatytos daugiafunkcinių sporto aikštelių dangų defektų rūšys
Apžiūrėjus ir įvertinus visas 19-ka aikštelių dangas buvo išskirti dažniausiai
pasikartojantys defektai: sintetinėse liejamose dangose – dangos nelygumas,
netinkamai parinktas sintetinės dangos storis, nepakankamas dangos sukibimas su
pagrindu, nepakankamas rišiklio ir EPDM granulių santykis montuojant dangą,
netinkamai įrengtas pagrindas, netinkamai įrengtos siūlės tarp EPDM granulių
sluoksnių sandūrų, mechaniniai pažeidimai, nenumatyti defektai; guminėje
aikštelių dangoje – prastas dangos pritvirtinamas prie pagrindo, nuo naudotojų
srauto sudilęs dangos paviršius; ruloninėje sintetinėje austinėje dangoje –
išsibangavę dangos rulonai, dėl atsirandančiu ryškių defektų vizualiai neišvaizdi.
Vyraujančių defektų atsiradimo priežasčių analizė
Nelygumai sintetinėse dangose dažniausiai atsiranda dėl netinkamai įrengto
pagrindo. Daugelyje tirtų objektų dangos buvo įrengtos ant jau esamų asfaltbetonio
pagrindų, kurie dėl įvairių eksploatacijos ir oro sąlygų jau būna pažeisti, todėl
paviršiaus nelygumai pastebimi vizualiai (1 pav.).
Šio defekto galima išvengti įrengiant aikštelę arba ant naujai suruošto
pagrindo, arba atnaujinant seną pagrindą iš esmės.
1 pav. Eksploatacinių tyrimų metu užfiksuoti sintetinių dangų nelygumai
Nelygumai dangose atsiranda ir dėl blogai sukalibruotos EPDM granulių
klojimo mašinos kada danga klojama rankiniu būdu. Šias atsirandančias klaidas
turi sekti techninė priežiūra ir lygumą tikrinti keturių metrų tiesėje ir paklaida turi
neviršyti ±4mm.[1]
Daugelyje apžiūrėtų sporto aikštelių parinktas netinkamas dangos storis arba
dėl taupumo sumetimų sumažintas medžiagų kiekis (2 pav.). Dėl šio defekto
dažniausiai atsakingas užsakovas arba projektuotojas, kadangi mokyklų zonose
danga privalo būti projektuojama storesnė, dėl šiose vietose vyraujančio didelio
naudotojų srauto.
59
2 pav. Netinkamai parinktas sintetinės dangos storis
Dėl netinkamai parinkto dangos storio greitai atsiranda mechaniniai
pažeidimai, susidėvi dangos sluoksnis ir atsiveria dangos pagrindas, todėl padidėja
traumų tikimybė ir pastebimai sutrumpėja dangos tarnavimo laikas. Iš
septyniolikos tirtų sintetinių dangų 8-nios dangos buvo parinktos netinkamo storio,
tai sudaro net 47% visų tiriamų aikštelių, todėl galima spręsti, kad tai – vyraujanti
problema.
Keliuose tiriamuose objektuose buvo užfiksuotas nepakankamas dangos
sukibimas – iškilusios pūslės, pažeistose mechaniškai vietose dangos pakraščiai
atšokę nuo pagrindo (3 pav.). Šis defektas parodo, kad buvo naudojamas
nepakankamas klijų kiekis, kurį turi kontroliuoti dangą klojantis asmuo. Taip pat
šis defektas galėjo atsirasti klojant dangą drėgnom oro sąlygom, kada klijų
techniniai parametrai yra pablogėję.
3 pav. Nepakankamas sintetinės dangos sukibimas su pagrindu
Defektai dėl nepakankamo rišiklio ir EPDM granulių santykio įrengiant
dangas pastebimai greitai nusidėvint viršutiniam dangos sluoksniui arba
pastebimas kintamas dangos šiurkštumas. Šis procesas yra kontroliuojamas
rangovo. Klojant dangas viso proceso metu turi būti fiksuotas rišiklio ir EPDM
granulių santykis. Šis mišinys pirmiausiai turi būti tolygiai išmaišytas ir tik tada
klojamas ant pagrindo. Nepakankamo rišiklio ir EPDM granulių santykio defektas
įtakoja šiuos veiksnius: esant netolygiam dangos šiurkštumui padidėja traumų
tikimybė; sumažėja dangos ilgalaikiškumas; gaunamas skirtingas dangos atspalvis.
[2]
Didžioji dalis atsirandančių paviršiaus nelygumų eksploatacijos metu
atsiranda dėl netinkamai įrengto pagrindo. Eksploatacinių tyrimų metu pastebėta,
kad didžioji dalis aikštelių yra įrengtos ant seniau patiesto asfaltbetonio pagrindo,
todėl nėra žinoma kokios struktūros pagrindas yra paruoštas, ar jis yra pakankamai
60
laidus vandeniui įrengiant vandeniui laidžią dangą. Norint tinkamai įrengti
vandeniui laidžią dangą reikalinga pagrindą sugręžioti, kad būtų greitesnis ir
lengvesnis prasiskverbimas per tankųjį pagrindo sluoksnį. Dėl sunkaus vandens
prasiskverbimo per pagrindą gali susidaryti dangos pūslės, danga lėtai džiūna,
atsiranda galimybė susidaryti baloms.
Netinkamai įrengtas pagrindas gali tada, kai užsakovas neinformuojamas,
koks turi būti pagrindo paruošimas prieš dedant dangą arba rangovas, įrengiant
pagrindą, nekokybiškai atlieka darbus.
Norint išvengti defektų, kurie atsiranda dėl netinkamai paruošto pagrindo
reikia: tinkamai suformuoti pagrindo nuolydį, kuris negali viršyti 1-1,5%; pagrindo
nelygumai neturi viršyti ±4 mm keturių metrų tiesėje visomis kryptimis; turi būti
išlygintas paviršius; sportinę dangą kloti ne anksčiau kaip po 28 dienų esant betono
pagrindui ir po 14 dienų – kai pagrindas - asfaltbetonio; jei dangos sistema pralaidi
vandeniui – pagrindas privalo būti sugręžiotas, kad pagerinti prasiskverbimo
savybes; esant reikalui įrengti drenažinę sistemą.[1]
Klojant sportine dangą ant senos dangos svarbu iš pradžių nuimti
skilinėjančias pagrindo dalis, išlyginti ir išvoluoti esančias dangos duobes. Po
atliktų remonto darbų įrenginėjant vandeniui laidžią dangą – pagrindą sugręžioti.
[3]
Netinkamai įrengtos siūlės tarp EPDM granulių sluoksnių sandūrų pasitaiko
dėl blogai išlygintos EPDM granulių sandūros. Šios sandūros turi būti po dangos
įrengimo atskirai glaistomos, kad neliktų iškilimų arba granulių trūkumo.
Mechaniniai pažeidimai – dažnai pasitaikantis defektas, dėl netinkamai
eksploatuojamos dangos: naudojama netinkama avalynė, danga naudojama ne
pagal paskirtį (4 pav.). Esant mechaniniam pažeidimam atsiranda galimybė plisti
kitiems defektams: sumažėja dangos sukibimas su pagrindu ties pažeistom vietom,
kaupiasi purvas, dėl papildomų mechaninių veiksniu danga toliau plyšta.
4 pav. Mechaniniai sintetinių sporto aikštelių dangų pažeidimai
Keliose eksploatuojamose sporto aikštelėse tyrimo metu buvo užfiksuoti
nenumatyti defektai, dėl kurių atsakingas asmuo yra naudotojas. Tokie pažeidimai
yra dangos supjaustymas, per ankstyva dangų eksploatavimo pradžia – likusios
pėdų žymės ant šviežiai suklotos dangos paviršiaus.
61
Guminės sporto aikštelių dangos sudarytos iš atskirų kvadratinių lakštu. Šios
dangos nėra populiarios, todėl visus pasitaikančius defektus užfiksuoti sunku.
Pagrindinis defektas – prastas dangos pritvirtinamas prie pagrindo. Šis defektas
atsiranda dėl nepakankamo klijų kiekio ties lakštų pakraščiais, todėl lakštų kraštai
iškyla ir susidaro duobės, dėl to naudotojams atsiranda galimybė patirti traumas.
Ant nelygaus dangos paviršiaus kaupiasi vanduo. Kitas defektas – dėl didelio
naudotojų srauto sudilęs dangos paviršius. Kadangi lakštai yra stori, todėl iki
pagrindo susidariusios duobės gali būti naudotojų traumų priežastimi. [5]
Ruloninės sintetinės austinės dangos pagrindinis defektas – išsibangavę
dangos rulonai. Ši danga nepralaidi vandeniui, todėl svarbu, kad ji būtų įrengta
lygiai su atitinkamu nuolydžiu, nes kaupiasi vandens balos. Dangos išsibangavimui
didelę įtaką turi pagrindo lygumas ir dangos su pagrindu rišiklio tvirtumas. Norint
užtikrinti, kad neatšoktų atskiros dangos dalys, klijus reikia naudoti tinkamom oro
sąlygom – kai pagrindas nėra drėgnas ir ne aukšta oro temperatūra. Ši danga nėra
pritaikyta dideliems naudotojų srautams, be to dėl atsirandančiu ryškių defektų
nėra vizualiai išvaizdi.
Eksploatacinių tyrimų rezultatų apibendrinimas
Apibendrinus daugiafunkcinių sporto aikštelių dangų eksploatacinių tyrimų
rezultatus, sudarytas defektų rūšių ir jų skaičiaus grafikas. Šis grafikas iliustruoja
visus nustatytus defektus ir jų užfiksuotą skaičių (5 pav.).
0
2
4
6
8
10
12
14
Dan
go
s
nel
ygum
as
Net
inkam
as
dan
gos
stori
s
Nep
akan
kam
as
dan
gos
suk
ibim
as s
u…
Nep
akan
kam
as
riši
kli
o i
rE
PD
M…
Net
inkam
ai
įren
gta
spag
rind
as
Net
inkam
ai
įren
gto
s dan
gos
siūlė
s
Mec
han
inia
i
paž
eidim
ai
Nen
um
aty
ti
def
ekta
i
Def
ektų
sk
aič
ius
Defektų rūšys
Sintetinė liejama
danga
Guminė aikštelių
danga
5 pav. Defektų skaičiaus sporto aikštelių dangose grafikas
Pagal grafiką galima spręsti, kad daugiafunkcinėse sporto aikštelių dangose
vyraujantis defektas yra dangos nelygumas, nes šį faktorių įtakoja netinkamas
dangos storis ir netinkamai įrengtas pagrindas. Galime spręsti, kad galima išvengti
šio pasikartojančio defekto, jeigu būtų laikomąsi dangos įrengimo technologijos ir
suprojektuota tinkamas dangos storis atitinkantis tos vietovės eksploatacines
sąlygas.
62
Išvados
Atlikus Lietuvoje eksploatuojamų daugiafunkcinių sporto aikštelių dangų
tyrimą nustatyta, kad populiariausios naudojamos sportinių aikštelių dangos yra
sintetinės liejamos dangos. Jos sudarė apie 90% visų tirtų dangų.
Nustačius daugiafunkcinių sporto aikštelių dangų defektus galima teigti, kad
dažniausiai pasitaikantys defektai – dangos nelygumai, kurie nustatyti 63% visų
tirtų dangų, netinkamai paruoštas jos pagrindas, kuris užfiksuotas 53% visų tirtų
dangų bei mechaniniai pažeidimai, kurie užfiksuoti taip pat 53% visų tirtų dangų.
Didžioji dalis defektų atsiranda norint pritaikyti standartinę dangos klojimo
sistemą visoms dangų rūšims. Įrengiant dangą konkrečiomis eksploatacijos
sąlygomis, reikalingas nuodugnus projektuotojo ir rangovo bendradarbiavimas,
atitinkamai paruošta techninė ir technologinė medžiaga.
Literatūra 1. LST EN 14877:2006. Sintetiniai lauko sporto aikštynų paviršiai. Techniniai
reikalavimai. 16 p.
2. FIT. Planing and design for outdoor sport and play. 2008. 125 p.
3. Sports and Play construction association. A guide to the design, specification and
construction of multi use games areas. Part 1 – General Guidance and design
considerations; Dimensions and Layouts. Sport England. 32 p.
4. Indoor- and Multipurpose Halls. Prieiga per internetą http://www.conica.basf.com.
5. Multi-sport surfaces overview. Prieiga per internetą http://www.decoturf.com.
6. Common Questions about Construction and Products. Prieiga per internetą
http://www.gamecourts.com.
7. Sportinės dangos. Prieiga per internetą http://www.eurosportas.lt.
63
ARMATŪROS INKARAVIMO
GELŽBETONINIUOSE ELEMENTUOSE TYRIMAI
Research of reinforcement bar's anchorage in
reinforced concrete elements
Egidijus Ripkauskas Kauno technologijos universitetas
Abstract. The purpose of this article is to review the calculation peculiarity of reinforcement bar's
anchorage length in reinforced concrete, to show a theoretical calculation example of particular case
according to examination of standard documents, to experiment in order to find the value of actual exhaustion force and to compare with values calculated by these methods:
1. Lithuanian standard LST EN 1992-1-1:2005;
2. USA concrete's institution design standards ACI 318-11; 3. Russian standard СНиП 2.03.01-84.
Įvadas
Viena iš sudedamųjų gelžbetonio dalių yra plieninė armatūra, kurios
panaudojimo efektyvumas konstrukcijose yra labai aktualus ir lemia gelžbetoninių
konstrukcijų gamybos kainą. Pats betono armavimas ir jo būdai yra išnagrinėti,
ganėtinai panašūs ir efektyvūs, tačiau armatūros inkaravimo ilgis, turi įvairių
skaičiavimo metodikų, gaunami skirtingi rezultatai ir nėra visiškai optimizuotas.
Tad nustačius armatūros inkaravimo ilgio efektyviausią skaičiavimo metodiką,
įtakojančius veiksnius, būtų galima optimizuoti armatūros inkaravimą ir taip
sutaupyti gamybos kaštus, gamtos resursus.
1. Teoriniai skaičiavimai pagal LST EN 1992-1-1:2005 standartą
Lietuvos standarte LST EN 1992-1-1:2005 reglamentuotas inkaravimo ilgio
apskaičiavimo metodas remiasi šiais supaprastinimais: nagrinėjant armatūros
inkaravimą betone išskiriamos dvi situacijos - pakankamas ar nepakankamas
inkaravimo ilgis. Jei inkaravimo ilgis yra pakankamas, tuomet konstrukcijoje
neturėtų susidaryti per didelė armatūros slinktis, atsiveriančių plyšių plotis bus ne
didesnis už ribinį ir armatūros stipris bus iki galo išnaudotas. Esant nepakankamam
inkaravimo ilgiui, visi šie efektai gali pasireikšti ir sukelti konstrukcijoje ribinio
būvio (tiek stiprumo, tiek tinkamumo) atsiradimą [4].
LST EN 1992-1-1:2005 siūloma pagrindinio inkaravimo ilgio išraiška:
, (1.1)
64
čia: ∅ – armatūros strypo skersmuo; fbd – ribinių sukibimo įtempių
skaičiuotinė reikšmė; σsd – armatūros strypo skaičiuotiniai įtempiai pjūvyje, kurio
atžvilgiu nustatomas skaičiuojamas inkaravimo ilgis.
Vidutiniai sukibimo įtempiai fbd pagal LST EN 1992-1-1:2005 normų
rekomendacijas apskaičiuojami pagal tokią priklausomybę:
, (1.2)
čia: fctd – skaičiuotinis betono tempiamasis stipris; – koeficientas,
įvertinantis sukibimo kokybę ir strypo padėtį betonuojant; – koeficientas,
įvertinantis strypo skersmenį.
LST EN 1992-1-1:2005 standarte vartojama skaičiuotinio inkaravimo ilgio lbd
sąvoka taip pat įvertinant kitus veiksnius, turinčius įtakos sukibimui:
lbd = α1α2α3α4α5 ⋅lb,rqd ≤ lb,min; (1.3)
čia: α1 – koeficientas įvertinantis strypo formą; α2 – koeficientas įvertinantis
apsauginį betono sluoksnį; α3 – koeficientas įvertinantis skersinį armavimą; α4 –
koeficientas įvertinantis privirintų strypų įtaką; α5 – koeficientas įvertinantis
įtempių būvį betone.
PAVYZDYS:
Rasti C35/45 klasės betone armatūros inkaravimo ilgį lbd,
kai S400 stiprumo klasės rumbuota armatūra, kurios
skersmuo 12 mm., veikiama 10kN jėgos. Apsauginis
betono sluoksnis 44 mm. ;
;
;
priimama 0,7;
;
ATS: . Konstrukciškai reikalaujama priimti .
2. Teoriniai skaičiavimai pagal ACI 318-11 normas
JAV betono instituto projektavimo normose ACI 318-11 reglamentuojama,
kad armatūra per inkaravimo ilgį turi būti pratęsta į abi puses nuo pjūvio, kuriame
apskaičiuota įrąža. Tempiamų rumbuotųjų armatūros strypų inkaravimo ilgis
apskaičiuojamas taip:
, (1.4)
65
čia: fcd ir fyd – skaičiuotinis gniuždomojo betono stipris ir armatūros takumo
įtempiai; ψt – koeficientas įvertinantis strypų padėtį betonuojant; ψe - koeficientas
įvertinantis strypų paviršiaus padengimą; ψs - koeficientas įvertinantis strypo
skersmens įtaką sukibimui; λ - koeficientas įvertinantis betono savybių įtaką
sukibimui.
Vardiklyje esantis narys (cb+Ktr)/∅ įvertina betono apsauginio sluoksnio ir
skersinės armatūros įtaką sukibimui. Jo kitimo ribos yra 1,5≤ (cb + Ktr) / ∅ ≤ 2,5.
čia: cb – apsauginis betono sluoksnis; ∅ – inkaruojamos armatūros skersmuo;
Ktr – skersinį armavimą įvertinantis koeficientas.
Lyginant JAV projektavimo normas ACI 318-11 su LST EN 1992-1-1:2005,
galima pastebėti, kad abiejose normose vertinami tie patys sukibimą apibūdinantys
veiksniai: betono apsauginis sluoksnis, betono savybės, skersinės armatūros kiekis,
strypų padėtis betonavimo metu ir strypų skersmuo.
PAVYZDYS:
Rasti C35/45 klasės betone armatūros inkaravimo ilgį ld,
kai S400 stiprumo klasės rumbuota armatūra, kurios
skersmuo 12 mm., veikiama 10kN jėgos. Apsauginis
betono sluoksnis 44 mm.
priimama 2,5;
;
ATS: . Nėra konstrukcinių reikalavimų tempiamos armatūros
inkaravimui.
3. Teoriniai skaičiavimai pagal СНиП 2.03.01-84 standartą
Pagal Rusijos standartą СНиП 2.03.01-84 neįtemtosios plieninės armatūros
be inkarų įtempių perdavimo betonui ilgis lan turi būti nustatomas pagal formulę:
, (1.5)
čia: , ir įtempių perdavimo zoną įvertinantys koeficientai.
Reikšmė skaičiuotinis tempiamasis armatūros stipris.
skaičiuotinis betono gniuždomasis stipris.
PAVYZDYS:
Rasti C35/45 klasės betone armatūros inkaravimo ilgį lan,
kai S400 stiprumo klasės rumbuota armatūra, kurios
skersmuo 12 mm., veikiama 10kN jėgos. Apsauginis
betono sluoksnis 44 mm.
66
;
;
ATS: . Konstrukciškai reikalaujama priimti .
4. Eksperimentinis tyrimas
Išnagrinėjus teorinius skaičiavimus pagal norminius dokumentus ir
išanalizavus pavyzdžius sudarytos skaičiuotinų ir charakteristinių armatūros
ištraukimo jėgų skaičiuojamosios lentelės (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6).
Eksperimentinis tyrimas atliktas pagal 1 pav. pateiktą bandymo schemą,
siekiant nustatyti faktinę armatūros ištraukimo iš betono jėgą, kai įbetonuotoji
strypo dalis neviršija 3–5 ∅ (čia ∅ – armatūros skersmuo). Tokiu atveju galima
teigti, kad sukibimo įtempiai per visą inkaravimo ilgį yra pasiskirstę tolygiai [4].
Apkrovimas vyksta 0,4 kN/s greičiu.
1 pav. Ištraukimo bandymo schema
Bandymo metu nustatyta faktinė armatūros ištraukimo iš betono jėga
palyginama su norminėmis 1.7 lentelėje.
1.1 lentelė. Skaičiuotinė armatūros ištraukimo jėga pagal LST EN 1992-1-1:2005 Maišymo
Nr.
Armatūros
tipas
d,
mm
A,
cm2
fbd,
Mpa
fctd,
Mpalbd, m lb,rqd
σsd,
MpaN, kN η1 η2 α1
3Ø,
mm<=>
cd,
mmα2, k α2 α3 α4 α5
5Ø,
mm<=>
cd,
mm1. Rumbuota 12 1,131 3,75 1,67 0,06 0,086 107,14 12,12 1,00 1,00 1,00 36 < 44 0,60 0,70 1,00 1,00 1,00 60 > 44
1.2 lentelė. Charakteristinė armatūros ištraukimo jėga pagal LST EN 1992-1-1:2005 Maišymo
Nr.
Armatūros
tipas
d,
mm
A,
cm2
fbk,
Mpa
fctk,
Mpalbd, m lb,rqd
σsk,
MpaN, kN η1 η2 α1
3Ø,
mm<=>
cd,
mmα2, k α2 α3 α4 α5
5Ø,
mm<=>
cd,
mm1. Rumbuota 12 1,131 5,63 2,50 0,06 0,086 160,71 18,18 1,00 1,00 1,00 36 < 44 0,60 0,70 1,00 1,00 1,00 60 > 44
67
1.3 lentelė. Skaičiuotinė armatūros ištraukimo jėga pagal ACI 318-11 Maišymo
Nr.Armatūros tipas
d,
mm
A,
cm2
fcd,
Mpalbd, m
σsd,
MpaN, kN Ψt Ψe Ψs λ
cb,
mmKtr
(cb+Ktr)
/Ø=
1. Rumbuota 12 1,131 30,00 0,06 95,09 10,75 1,00 1,00 0,80 1,00 44 0 3,67 2,50 1.4 lentelė. Charakteristinė armatūros ištraukimo jėga pagal ACI 318-11 Maišymo
Nr.Armatūros tipas
d,
mm
A,
cm2
fck,
Mpalbk, m
σsk,
MpaN, kN Ψt Ψe Ψs λ
cb,
mmKtr
(cb+Ktr)
/Ø=
1. Rumbuota 12 1,131 45,00 0,06 116,46 13,17 1,00 1,00 0,80 1,00 44 0 3,67 2,50
1.5 lentelė. Skaičiuotinė armatūros ištraukimo jėga pagal СНиП 2.03.01-84
Maišymo
Nr.Armatūros tipas
d,
mm
A,
cm2
fcd,
Mpalbd, m
σsd,
MpaN, kN wan Δλan λan
λan · d,
mm1. Rumbuota 12 1,131 30,00 0,06 171,43 19,39 0,7 11 20 240
1.6 lentelė. Charakteristinė armatūros ištraukimo jėga pagal СНиП 2.03.01-84
Maišymo
Nr.Armatūros tipas
d,
mm
A,
cm2
fck,
Mpalbk, m
σsk,
MpaN, kN wan Δλan λan
λan · d,
mm1. Rumbuota 12 1,131 45,00 0,06 257,14 29,08 0,7 11 20 240
1.7 lentelė. Teorinių ir eksperimentinių duomenų
analizė
ACI EC2 SNIP ACI EC2 SNIP
1. C35/45 12 13,17 18,18 29,08 10,75 12,12 19,39 46,20
Bandymo
Nr.
Betono
klasėArmatūros tipas
d,
mm
Charakteristinė
ištraukimo jėga, kNIštraukimo
jėga, kN
Rumbuota
Skaičiuotinė
ištraukimo jėga, kN
Išvados
1) Atlikus armatūros inkaravimo ilgio apskaičiavimus pagal LST EN 1992-
1-1:2005, ACI 318-11, СНиП 2.03.01-84 metodikas gauti tokie
rezultatai: 0,0446m., 0,0558m., 0,0248m. Vadovaujantis LST EN 1992-1-
1:2005 ir ACI 318-11 skaičiavimų metodikomis skaičiuojamasis
armatūros inkaravimo ilgis nepriklauso nuo apkrovos būvio (statinė,
dinaminė), o pagal СНиП 2.03.01-84 įvertinamas ciklinės apkrovos
atvejis atskirai, tad ir reikšmės minėtų standartų yra skirtingos ir negali
būti sulygintos.
2) Išanalizavus teorinių ir eksperimentinių armatūros ištraukimo jėgų iš
bandinio dydžius, pastebėta, kad faktinė ištraukimo jėga lygi 46,20kN ir
yra didesnė 2,4 karto už skaičiuotinę СНиП 2.03.01-84, 3,8 karto didesnė
už skaičiuotinę LST EN 1992-1-1:2005, 4,3 karto didesnė už skaičiuotinę
ACI 318-11 normomis. Tai rodo didelę atsargą dėl armatūros ir betono
sukibimo ryšio sudėtingumo.
68
Literatūra 1. LST EN 1992-1-1:2005. Eurokodas 2. Gelžbetoninių konstrukcijų projektavimas.
1-1 dalis. Bendrosios ir pastatų taisyklės [Eurocode 2: Design of concrete
structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings]. Vilnius: Lietuvos
standartizacijos departamentas, 2007. 232 p.
2. ACI 318-11. Building Code Requirements for Structural Concrete and
Commentary. Michigan: American Concrete Institute, 2011. 503 p. ISBN
9780870317446.
3. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. Госстроя СССР
от 8 июля 1988 г. № 132 и от 25 августа 1988 г. № 169.
4. Kaklauskas G., Bačinskas D., Gribniak V., ir kt. Kompozitais armuotos betoninės
konstrukcijos. Vilnius: Technika, 2012. 301 p.
69
GAMTINIO CEOLITO KLINOPTILOLITO PRIEDO
ĮTAKA STATYBINIAMS MIŠINIAMS
Influence of natural zeolite clinoptilolite additives on
constructional mixtures properties
Mantas Ronkauskas, Vytautas Sasnauskas Kauno technologijos universitetas
Abstract. The aim of this article is to review main influence of natural zeolite clinoptilolite additives on
constructional mixtures properties. It is analysis of the literature and a part of my master final work.
Natural zeolites clinoptilolites are microporous crystalline solids with well-defined structures. Generally they contain silicon, aluminium and oxygen in their framework and cations, water and/or other
molecules wthin their pores.
In this work natural and sintetic zeolites, them uses, clinoptilolite properties, natural zeolite clinoptilolite additives on constructional mixtures uses were rewiewed.
Įvadas
Pirmasis pranešimas apie gamtinį ceolitą buvo paskelbtas 1756 Švedų
mokslininko Kronsted. Gamtinis ceolitas vis plačiau naudojamas beveik visose
technologinėse srityse, pasižymintis išskirtinėmis fizinėmis savybėmis, kurios
susidarė dėl šio mineralo ypatingos kristalinės struktūros. Gamtinis ceolitas
kasamas daugelyje pasaulio šalių. Didžiausia šių mineralų pramoninė kasyba
išplėtota Japonijoje, JAV, Islandijoje, Naujojoje Zelandijoje, Turkijoje, Gruzijoje,
Azerbaidžane. Jo parduodama jau milijonais tonų per metus. Gamtinio ceolito
klinoptilolito priedas statybiniams mišiniams turi akyvaizdžią įtaką, padėdamas
išlengvinti konstrukcijas, nepakeisdamas ar net pagerindamas mechanines
stiprumines savybes. Mineralai adsorbuoja sunkiuosius metalus, radioaktyvias
medžiagas ir taip prisideda prie gyvenimo kokybės gerinimo.
1. Gamtiniai ir sintetiniai ceolitai
Ceolitai yra mineralai turintys porėtąją erdvinę struktūrą, kristaliniai
karkasiniai hidroaliumosilikatai. Šiuo metu žinoma apie 48 gamtinių ir daugiau
kaip 150 sintetinių ceolitų. [2] Ceolitai gali adsorbuoti tik kristalų kanalų arba porų
(0,3-1,0nm) dydžio molekules. Kiekvienas ceolito tipas sudaro atitinkamo
skersmens kanalus ir poras bei adsorbuoja tik tokių medžiagų molekules kurios
telpa kanaluose. Gamtinių ceolitų pavadinimai dažnai būna susiję su jų radimvietės
pavadinimu.
70
1 pav. Karkasinė struktūra tarp Silicio ir Deguonies atomų. [4]
Nuosėdinės kilmės karkasinės struktūros aliuminosilikatai - ceolitai skirstomi
į: 1) druskines nuosėdas su grynų ceolitų sluoksniais; 2) gėlų vandenų ir jūrų
nuosėdas, susidariusias iš vulkaninių stiklų arba tufų. Jūrų ir kontinentų vandens
telkiniuose jie susiformavo šarminiame tirpale (pH 9,4), kristalizuojantis
panašioms ceolitų uolienoms. Modernito cheminė sudėtis yra panaši į vulkaninio
stiklo sudėtį.
Ceolitai naudojami kaip adsorbentai, cheminių procesų katalizatoriai, dujų
arba skysčių mišinių suskirstymui, naftos produktų molekuliniais sietais ir t.t.
Dujų, skysčių ir naftos produktų skirstymui vartojami tik tokie ceolitai, kuriems
hidratuojantis nekinta porų ir kanalų skersmenys, išsilaiko pirminė struktūra.
Ceolitų mineralai gali daug kartų hidratuoti ir dehidratuoti, nekeisdami savo
struktūros. Ceolitai, adsorbavę medžiagų molekules keičia šviesos lūžį. Pagal
ceolitų adsorbuotas medžiagas galima nustatyti jų kanalų ir porų skersmenį.
Klinoptilolitas naudojamas naftos produktų klasifikacijai. Didėjant katijono
spinduliui, adsorbcijos geba mažėja.
Natūralaus ceolito klinoptilolito formulė Na6[(AlO2)6(SiO2) 30]*24H2O, tankis
2,16g/cm3, SiO2/Al2O3 santykis 4,25-5,25, kristalų struktūra – monoklininė.
Klinoptilolito rekomenduojama formulė Na [(AlO2) (SiO2) 5]*4H2O (tiesiog
supaprastinta formulė), sisteminėje nomenklatūroje Natrio aliumopentasilikato
tetrahidratas.
Svarbiausios ceolitų savybės: 1) intensyvi hidratacija ir ceolitinis vanduo;
2) mažas hidratuoto produkto tankis (2,0-2,3 g/cm3) ir struktūroje daug tuštumų;
3) patvari dehidratuotų ceolitų struktūra; 4) jonų pakaitų reakcijų savybė;
5) dehitratuotoje struktūroje vienodo dydžio kanalų buvimas; 6) įvairios fizikinės
(laidumo elekrai) savybės; 7) geba adsorbuoti dujas; 8) katalizatorių savybės. [1]
71
2. Panaudojimų sritys
Ceolitai naudojami: buityje, naftos chemijos pramonėje, branduolinėje
pramonėje, medicinoje, žemės ūkyje ir statybos pramonės sektoriuje. Buitinės
veiklos nuotekoms valyti, vandens minkštinimui. Chemijos srityje jie naudojami
kaip spąstai sugaudyti ir analizuoti tam tikras molekules. Naudojami įvairių rūšių
buitinių ir pramoninių valiklių gamyboje. Naftos chemijos pramonėje sintetiniai
ceolitai naudojami kaip katalizatoriai, pavyzdžiui skysčių kataliziniam skaidymui
be hidroskaidymui. Ceolitai izoliuoja molekules mažose erdvėse, kas sąlygoja
molekulių struktūros ir reaktyvumo pakitimus. Vandenilinė ceolitų forma yra
galinga kietakūnė rūgštis, įgalinti vykti rūgštines katalizines reakcijas, tokias kaip
izomerizacija, alkilacija ir skaidymas. Specifinė daugelio ceolitų, naudojamų
naftos chemijos pramonėje, modalinė aktyvacija apima kvantinės chemijos Lewis
rūgšties chemines reakcijas. Branduolinė pramonėje mineralai naudojami
radioaktyvių atliekų valymui. Radioaktyvios dalelės sulaikomos ceolito viduje. Dėl
ypatingų ceolitų mineraloginių savybių, aliumosilikatinė sandara yra ypač tvirta ir
atspari radioaktyviai spinduliuotei. Ceolitą prisotinus radioaktyviomis
medžiagomis, jis gali būti karštai presuojamas į ypatingai tvirtą keraminę formą,
uždarant poras ir jose esančias radioaktyvias daleles. Medicinoje keletą paskutinių
dešimtmečių buvo remiama ir plėtojama natūralių ceolitų - heulandito,
klinoptilolito ir chabazito pritaikymo medicinoje tyrimų sritis. Taikymai aprėpia
detoksikantus, nukenksmintojus, vakcinos adjuvantus ir antibakterinius preparatus.
Jie taip pat naudojami kaip prieaugliniai adjuvantai, agentai nuo viduriavimo,
kaulų formavimosi katalizatoriai, ir diabeto gydime. Ceolitas taip pat naudojamas
medicininių deguonies sistemų gamyboje. Jis naudojamas kaip molekulinis sietas
gryninant deguonį. Žemės ūkyje natūralus ceolitas klinoptilolitas naudojamas
dirvos gerinimui. Jis naudojamas kaip kalio arba azoto šaltinis. Taip pat gali būti
naudojamas kaip vandens moderatorius. Ceolitas gali sugerti iki 55% savo masės
vandens ir iš lėto drėkinti augalo šaknis pagal poreikį. Taip sudaroma prevencija
šaknų puvimui ir reguliuojamas sausrų ciklas. Taip pat ceolitai naudojami kaip
maisto papildai gyvulininkystėje. Gera prevencinė priemonė nuo apsinuodijimo
sunkiaisiais metalais ir amoniaku. Buvo pastebėta padidėjęs kaulų tankumas. [5]
3. Gamtinio ceolito klinoptilolito panaudojimas statybiniuose mišiniuose
Gamtinis ceolitas klinoptilolitas yra vienas iš labiausiai tinkančių naudoti
statybos pramonėje, jis yra labiausiai paplitęs, palyginus su kitais ši mineralinė
medžiaga slūgso negiliai. Įmaišius jo į statybinius mišinius pagerėja stipruminės
savybės, tačiau sumažina išankstinį stiprumą (po 2, 7 dienų), taip pat didinat priedo
kiekį, keičiant cementą į priedą daugiau kaip 20% pradeda mažėti stipruminės
savybės, padidinama garso izoliacija. [6] [7]
72
2 pav. Gamtinio ceolito priedo įtaka statybiniams mišiniams [6] [7]
Ceolitas klinoptilolitas (ZeoVit) naudotinas statybos pramonėje, kai reikia
palengvinti pastatų konstrukcinių elementų svorį, apdailai. Kadangi klinoptilolitas
68% lengvesnis už smėlį, galima vietoje smėlio naudoti klinoptilolitas ir taip
palengvinti betono svorį, nesusilpninant betono stiprumo rodiklių. Gaunami
lygesni betonuojami paviršiai, skiedinys greičiau sustingsta. Netinka naudoti
išorinei apdailai, nes bijo minusinių temperatūrų. [3]
Mineralai (Zeobau) yra naudojami grindų liejinių, stogų, blokų gamybai.
Ceolitas mišiniuose veikia kaip stabilizuotojas ir po to, kai įdedami ceolitai
(Zeobau), mišinys yra mažiau tekantis ir todėl su juo tampa lengviau dirbti.
Naudojant didesnes ceolito dozes – naudinga naudoti Portlando cementą, norint
padidinti jo atsparumą sulfatams. Todėl šis cementas yra rekomenduojamas
sudėtingiems panaudojimams agresyviose sulfato aplinkose, pavyzdžiui, cemento
suspensijoje, inkreciniame skystame cemente ir betone, skirtame specialiems
pamatams. Antras ceolito produktas statybų linijoje yra Klinomix, kuris sumažina
vandenyje tirpstančio chromo (VI) kiekį cemente ir yra naudojama kaip
antikorozinė medžiaga ir priemaiša dedama į cementą. [5]
Išvados *Gamtiniai ceolitai yra brangesni, tačiau turi geresnes fizikines savybes, nei
sintetiniai.
*Gamtinių ceolitų panaudojimo sritis labai plati, todėl tai vis didesnę
paklausą turinti medžiaga.
*Klinoptilolitas labiausiai paplitęs gamtinis ceolitas, taip pat jis slūgso
negiliai.
*Gamtinis ceolitas klinoptilolitas pasižymi geromis ryšamosiomis savybėmis,
kas užtikrina geras stiprumines savybės statybiniuose mišiniuose, taip pat tai
ekologiška medžiaga, adsorbuojanti tam tikras medžiagas.
73
Literatūra 1. B.Matulis, Z.Valančius, G.Vaickelionis Silikatai, aliuminosilikatai ir ceolitai.
Mokomoji knyga. Technologija. Kaunas, 2011.
http://www.ebooks.ktu.lt/eb/890/silikatai_aliumosilikatai_ir_ceolitai/ 74-103 psl.
Žiūrėta 2013-11-09.
2. A.Šačkus, J.Rousseau, C.Rousseau. Žalioji chemija. Technologija. Kaunas, 2012.
http://www.ebooks.ktu.lt/eb/367/zalioji_chemija/ 18-20 psl. Žiūrėta 2013-11-09.
3. http://www.elega.lt/index.php?lng=lt&action=page&id=535 Žiūrėta 2013-11-09.
4. http://www.bza.org/zeolites.html Žiūrėta 2013-11-09.
5. http://www.ceolitas.lt/produktai.html Žiūrėta 2013-11-09.
6. Cahit Bilim. Properties of cement mortars containing clinoptilolite as a
supplementarycementitious material. Turkey, 2011
7. Bulent Yılmaz, Ali Ucar, Bahri Oteyaka, Veli Uz. Properties of zeolitic tuff
(clinoptilolite) blended portland cement. Turkey, 2006.
74
ĮVAIRIŲ KONSTRUKCIJŲ ŽALIUZIŲ ĮTAKA
LANGŲ ŠILUMINĖMS SAVYBĖMS
Effects on window thermal properties by various
window shades
Gintautas Šarlauskas Kauno technologijos universitetas
Abstract. The aim of this article is to review influence on thermal properties of window made by
various types of interior shades. Various combinations of three types of shades were tested, two roller shades with different opacity and vertical, rotating textile shade. Surface temperature was measured
using thermovision device in winter and summer, inside and outside. Temperature of selected object
inside was also measured to find out how shades block direct sunlight. The results were somehow controversial. For more accurate results, the experiment must be done in more controllable
environment.
Įvadas
Šiuolaikinis langas yra svarbus ir sudėtingas pastato elementas. Langas
skiriasi nuo kitų atitvarų tuo, kad atlikdamas vidinės erdvės atitvėrimo nuo išorės
funkciją, jis palieka vizualinį ryšį tarp vidaus ir išorės. Per langus patenka dienos
šviesa ir šviežias oras, per juos matom aplinka, vidaus erdvės vizualiai
sujungiamos su išore. Per langus žiemos metu prarandama šiluma, o vasarą
patalpos perkaitinamos. Tačiau šiandieninės langų technologijos iš esmės keičia
langų reikšmę energijos taupymo procese. Didėja ne tik gamybai naudojamų
medžiagų ir technologijų, bet ir langų panaudojimo pastatuose reikšmė.
1970 metais staigus energijos kainų padidėjimas sukėlė susirūpinimą pastatų
projektavimo, statybos ir eksploatavimo poveikiu aplinkai. Atsiradęs energijos
taupymo ir aplinkos saugojimo poreikis sudarė prielaidas naudoti efektyvesnes
atitvarines konstrukcijas ir šildymo sistemas. Šiuo laikotarpiu įvyko tikra langų
technologijų revoliucija. Langai tapo efektyvesni, jų gamybai pradėtas naudoti
stiklas su mažo išspinduliavimo dangomis, inertinių dujų užpildai [1].
Be įprastinių būdų, lango šilumos perdavimo koeficientui mažinti, vis dažniau
pradedama ieškoti netradicinių priemonių, kurios atlikdamos savo pagrindinę
funkciją, padėtų mažinti šilumos nuostolius per langus. Pirmieji tyrimai
orientuodavosi į lango centrinės dalies savybes, paskui buvo pastebėta, kad ko ne
didesnę svarbą turi stiklo pakraščiai prie rėmo. Šiuo metu vis daugiau dėmesio
75
skiriama tokiems elementams kaip žaliuzės, nestandartiniai rėmai, įvairus
montavimo išdėstymas ir pan. Nors žaliuzės nėra skirtos langų šiluminės savybėms
gerinti, tačiau įmanoma, jog jos suteikia tokį efektą. Šiuo tyrimu siekiama
išsiaiškinti, ar įvairių konstrukcijų medžiaginės žaliuzės pagerina langų izoliacines
savybes ir šiluminį inertiškumą.
Literatūros apžvalga
Užsienio literatūroje galima rasti nemažai panašaus pobūdžio tyrimų, kuriais
siekta išsiaiškinti, kaip įvairių konstrukcijų ir medžiagų žaliuzės veikia lango
šilumos perdavimo koeficientą. Vieni populiariausių tyrimų, buvo naudojant lango
viduje, tarp stiklų įmontuotas horizontalias žaliuzes iš aliuminio plokštelių.
Yahoda ir kt. tyrė būtent tokios konstrukcijos šilumos perdavimo koeficiento
priklausomybę nuo žaliuzių plokštelių pasvirimo kampo lango atžvilgiu. Tyrimą jie
atliko naudodami eksperimentinius ir skaitinius metodus. Skaičiavimams buvo
sudaryti trys skirtingi modeliai, kuriuose skyrėsi žaliuzių plokštelių plotis ir buvo
keičiamas plokštelių pasvirimo kampas. Naudojant baigtinių elementų metodą,
buvo skaičiuojami dvimačiai temperatūriniai laukai ir šilumos perdavimo
koeficiento vertės. Skaičiavimams buvo priimta, jog stiklo paviršiai yra laidūs
ilgųjų bangų spinduliuotei, tačiau veidrodiniai trumpų bangų spinduliuotei.
Skaitinio modeliavimo rezultatai buvo lyginami su eksperimentinėmis vertėmis.
Tam tikslui buvo padarytas vienas lango modelis ir įmontuotas į GHP aparatą,
kuris palaikė įvairias temperatūras abiejose modelio pusėse.
Iš gautų rezultatų buvo padaryta išvada, jog platinant žaliuzių plokšteles,
šilumos perdavimo koeficientas gaunamas mažesnis ir jis priklauso nuo jų
pasvirimo kampo. Pilnai atidarius koeficiento vertė gaunama didžiausia. Lyginant
eksperimentines vertes su modeliuotomis, matosi, jog realiai žaliuzių atidarymo
kampo įtaka yra didesnė, negu apskaičiuota [2].
Collins ir kt. atliko panašų tyrimą, baigtinių elementų metodu skaičiuodami
konvekcija ir spinduliavimu gautos šilumos perdavimą. Skaičiavimams jie naudojo
stabilaus, laminarinio srauto modelį, dvi skirtingas paviršiaus temperatūras
(šiltesnę ir šaltesnę negu aplinkos), du skirtingus atstumus nuo žaliuzės iki lango ir
tris žaliuzių atidarymo kampus [3]. Pagrindinis skirtumas nuo Yahoda ir kt. tyrimo
buvo tas, kad žaliuzės šiuo atveju buvo pritvirtintos lango išorėje, patalpos pusėje,
o ne tarp stiklų. Gauti rezultatai parodė, jog visais atvejais spindulinis ir
konvekcinis šilumos perdavimas buvo tokio paties dydžio ir tai reguliuoti būtų
galima nebent pasitelkiant kitokios emisijos gebos medžiagas. Atstumas nuo lango
iki žaliuzės labiausiai veikė konvekcinę srovę. Žaliuzėms tolstant nuo lango jos
pradeda veikti labiau kaip vienalytis kūnas, o ne kaip iš atskirų elementų sudaryta
plokštuma [3].
Tyrimą su horizontaliomis žaliuzėmis tarp stiklų atliko ir Garnet ir kt. Jie
eksperimentiniu būdu GHP aparate tyrė žaliuzių atidarymo kampo įtaką šilumos
perdavimo koeficientui. Žaliuzių atidarymo kampas buvo keičiamas į abi puses,
76
tiek prie šaltojo, tiek prie šiltojo paviršiaus. Atidarymo kampas buvo keičiamas 15°
intervalu nuo 0° iki 75°. Skaičiuojant šilumos laidumo koeficientą buvo įvertinti
vidaus ir išorės paviršiniai šilumos laidumo koeficientai (8 W/m2⋅K ir 23 W/m
2⋅K
atitinkamai). Gauti rezultatai rodo, kad didėjant žaliuzių uždarymo kampui,
šilumos perdavimo koeficientas gana ženkliai mažėja. Žaliuzes pakėlus šilumos
perdavimo koeficientas buvo lygus U=2,789 W/m2⋅K, žaliuzes nuleidus ir jas
pilnai atidarius koeficientas išaugo iki 3,065 W/m2⋅K, o pilnai uždarius sumažėjo
iki 2,221 W/m2⋅K. Kaip matome lango šilumos perdavimo koeficientas sumažėjo
net per 0,568 W/m2⋅K, o tai jau yra gana ženklus pokytis turintis įtakos šilumos
nuostolių mažinimui [4].
Tyrimo tikslai ir uždaviniai
Šiuo tyrimu buvo siekiama išsiaiškinti, kokią įtaką, lango šiluminėms
savybėms, daro įvairių konstrukcijų žaliuzės. Pagrindiniai tyrimo uždaviniai:
Išmatuoti paviršių temperatūras termovizoriumi, tiek vidaus, tiek lauko
pusėje, naudojant įvairias lango ir žaliuzių kombinacijas.
Atlikti gautų duomenų vizualinę analizę ir juos palyginti.
Nustatyti žaliuzių daromos įtakos (teigiamos ar neigiamos) stiprumą.
Suformuluoti ir pateikti išvadas.
Tyrimo metodai
Tyrimas buvo atliekamas termovizoriumi matuojant įvairių medžiagų ir
konstrukcijų žaliuzių paviršių temperatūras. Tyrimas vykdytas lauko sąlygomis, o
ne laboratoriniuose kontroliuojamos aplinkos stenduose. Matavimai buvo daromi
tiek patalpos viduje, tiek ir išorėje. Pirmiausia buvo išmatuojama neuždengto lango
temperatūra, tada pakaitomis užtraukiamos žaliuzės ir matuojamos jų paviršių
temperatūros. Kadangi stiklo temperatūros termovizoriumi tiksliai išmatuoti
negalima, ant stiklo buvo užklijuotos plono popieriaus juostos, kurias stebint per
termovizorių, buvo nustatoma stiklo paviršiaus temperatūra. Taip pat tyrimo metu
matavimo aplinkoje buvo stebima temperatūra ir santykinė drėgmė bei stebima
patalpoje esančio objekto temperatūra. Buvo tiriami keturi skirtingi variantai:
Žaliuzės atitrauktos, matuojama lango temperatūra
Vidinės žaliuzės (roletai) užtrauktos
Vidinės žaliuzės atitrauktos, užtrauktos viršutinės žaliuzės (medžiaginės,
vertikalios)
Užtrauktos tiek vidinės, tiek išorinės žaliuzės.
Atlikta vizualinė gautų duomenų analizė. Paviršių temperatūros lyginamos
tarpusavyje ir stebima, kaip jos keitėsi priklausomai nuo žaliuzių išdėstymo.
Matavimai buvo atlikti tiek šaltuoju, tiek šiltuoju metų laikotarpiu.
77
Rezultatai
Šaltojo laikotarpio matavimų rezultatai
Paviršių temperatūros matuojant iš vidaus.
5.1 pav. Visos žaliuzės atidarytos 5.2 pav. Vidinės žaliuzės uždarytos
5.3 pav. Išorinės žaliuzės uždarytos 5.4 pav. Visos žaliuzės uždarytos
Matavimo metu patalpoje temperatūra buvo t=18,4℃, santykinė drėgmė
RH=29,2%. Kaip matome, neuždengto lango paviršiaus temperatūra buvo apie
16℃. Langą uždengus vidinėmis žaliuzėmis (roletais), paviršiaus temperatūra
pakilo maždaug 0,5℃. Užtraukus viršutines, paviršiaus temperatūra padidėjo iki
17,4℃ (Δt = ~1,4℃). Užtraukus ir viršutines ir vidines žaliuzes rezultatas liko toks
pat, kaip užtraukus tik viršutines.
78
Paviršių temperatūros matuojant iš išorės.
5.5 pav. Visos žaliuzės atidarytos 5.6 pav. Vidinės žaliuzės uždarytos
5.7 pav. Išorinės žaliuzės uždarytos 5.8 pav. Visos žaliuzės uždarytos
Matavimo metu lauke temperatūra buvo t=-3,5℃, santykinė drėgmė
RH=46,7%. Neuždengto lango temperatūra siekė apie -6,5℃. Uždarius vidines
žaliuzes lango išorės paviršiaus temperatūra krito iki -10,0℃. Uždarius viršutines ir
visas žaliuzes kartu, lango paviršiaus temperatūra išorėje liko apie -10,0℃.
Tiesioginis saulės spinduliavimas šiems matavimams įtakos neturėjo, nes saulė tuo
metu švietė iš priešingos pusės. Kaip matome išorinio lango paviršiaus
temperatūra, uždarius žaliuzes, krito (Δ = 3,5℃), o tai reiškia, jog žaliuzėms
atitvėrus šiltą patalpos orą nuo lango, sumažėjo šilumos nuostoliai.
79
Šiltojo laikotarpio matavimų rezultatai
Paviršių temperatūros matuojant iš vidaus.
5.9 pav. Visos žaliuzės atidarytos 5.10 pav. Vidinės žaliuzės uždarytos
5.11 pav. Išorinės žaliuzės uždarytos 5.12 pav. Visos žaliuzės uždarytos
Matavimo metu patalpoje vidutinė temperatūra buvo t=25,7℃, o santykinė
drėgmė RH=55%. Neuždengto lango temperatūra siekė 31,0℃. Uždarius vidines
žaliuzes paviršiaus temperatūra padidėjo iki 33,4℃ (didesnio pralaidumo šviesai roletų atveju iki 32,7℃), o uždarius tiek viršutines, tiek abejas žaliuzes krito iki
30,1℃ (uždarius abejas žaliuzes, didesnio pralaidumo šviesai roletų atveju iki 29,7℃). Matavimo metu langą veikė tiesioginė saulės spinduliuotė, todėl galime
daryti išvadą, jog šios žaliuzės beveik nesulaiko ilgųjų bangų spinduliavimo, o
roletai, dėl savo konstrukcijos, sugeria didesnį kiekį šiluminės energijos ir jį
išspinduliuoja į patalpą.
80
Paviršių temperatūros matuojant iš lauko.
5.13pav. Visos žaliuzės atidarytos 5.14 pav. Vidinės žaliuzės uždarytos
5.15pav. Išorinės žaliuzės uždarytos 5.16 pav. Visos žaliuzės uždarytos
Matavimo metu temperatūra aplinkoje buvo t=29,2℃, o santykinė drėgmė
RH=47,5%. Neuždengto lango išorinio paviršiaus temperatūra siekė 32,8℃.
Uždarius vidines žaliuzes, temperatūra pradėjo kilti (t=34,1℃). Uždarant kitus
žaliuzių sluoksnius, išorinio lango paviršiaus temperatūra toliau kilo. Uždarius
viršutines, vertikalias žaliuzes t=35,8℃, o uždarius visas žaliuzes t=37,0℃.
81
Objekto, esančio patalpos viduje, temperatūros matavimų rezultatai.
5.17pav. Visos žaliuzės atidarytos 5.18 pav. Vidinės žaliuzės uždarytos
5.19 pav. Išorinės žaliuzės uždarytos 5.20 pav. Visos žaliuzės uždarytos
Kaip matyti iš matavimų rezultatų, objekto, esančio patalpoje, netoli lango,
temperatūra, palaipsniui uždarant žaliuzes, kilo. Tik uždarius abu žaliuzių
sluoksnius (roletus ir vertikalias medžiagines žaliuzes), objekto temperatūra
nukrito šiek tiek žemiau, nei buvo prie neuždengto lango.
Išvados
Atlikus tiriamąjį darbą, surinkus duomenis apie įvairių konstrukcijų žaliuzių
daromą įtaką langų šiluminėms savybėms, buvo padarytos tokios išvados:
1. Užsienio literatūroje sutinkami pavyzdžiai rodo, jog žaliuzės langų
konstrukcijoje veikia langų šilumos laidumą. Priklausomai nuo žaliuzių
konstrukcijos, medžiagos, ir atidarymo kampo, lango šilumos perdavimo
koeficientas gali pasikeisti tiek į didesnę, tiek į mažesnę pusę.
2. Iš žiemos metu atliktų matavimų duomenų matyti, jog šilumos atidavimas
į išorę yra sumažinamas ir tam užtenka vieno žaliuzių sluoksnio, kuris
yra atsitraukęs nuo lango apie 10cm.
3. Vasaros matavimų duomenys rodo, kad žiemą stebėtas šilumos nuostolių
sumažėjimas greičiausiai įvyko dėl to, kad žaliuzės atskyrė konvekcinę
šilto patalpos oro srovę nuo lango ir neleido jai apiplauti šalto stiklo
82
paviršiaus. Taip sutaupoma šiluma, tačiau ant atvėsusio stiklo, gali
pradėti kauptis drėgmė.
4. Norint tiksliau įvertinti žaliuzių poveikį langų šiluminėms savybėms,
reikia atlikti daugiau matavimų įvairesnėmis oro sąlygomis.
5. Tiksliam lango ir žaliuzių šilumos perdavimo koeficiento nustatymui
reikėtų tyrimą pakartoti laboratorinėmis sąlygomis, kontroliuojant
temperatūras abiejose pusėse, ir išmatuojant šilumos srautą.
Literatūra 1. Ramanauskas J., Bliūdžius R., Stankevičius V., „Langų šiluminės savybės“.
Technologija, Kaunas 2005.
2. Yahoda, D.S., Wright, J.L., „Heat Transfer Analysis of a Between – Panes
Venetian Blind Using Effective Longwave Radiative Properties,“ ASHRAE
Transactions, Vol. 110, Pt. 1., pp. 455-462 (2004)
3. Collins, M.R., Harrison, S.J., Oosthuizen, P.H., Naylor, D., „Heat Transfer from
an Isothermal Vertical Surface with Adjacent Heated Horizontal Louvers:
Numerical Analysis“, ASME Journal of Heat Transfer, Vol. 124, pp. 1072-1077,
2002
4. Garnet, J.M., Fraser, R.A., Sullivan, H.F., Wright, J.L., „Effect of Internal
Venetian Blinds on Window CEnter-Glass U-Values“, University of Waterloo,
Canada.
83
AKTYVUOTO STIKLO PANAUDOJIMAS
CEMENTINĖSE SISTEMOSE
Zeolitized glass reuse in cement systems
M.Šukutis, D.Vaičiukynienė, V.Vaitkevičius Kauno technologijos universitetas
Abstract. Ground glass in the cement-based materials can be used like pozzolanic addition. To increase ground glass pozzolanic characteristics it was zeolitized. Ground glass addition was used in the sample
to partial replacement of portland cement. Results show that sample, with optimum ground glass
addition, hydration temperature was increased. Also hydration could be increased or decreased, depending on species of addition. Results of compressive strength test, after 7 days hydrations, show,
that sample with 5% ground glass increase strength compared witch control sample. Replay this test
after 28 days hydrations determine, that compressive strength decrease compared witch control sample. The best results was got when 5% portland cement replacement of Z2 addition. In this case compressive
strength decrease 11% compared with control sample.
Įvadas
Bėgant laikui vis griežtėja aplinkosaugininkų reikalavimai mažinti kietąsias
atliekas ir perdirbti jas, kiek įmanoma daugiau. Todėl šiame darbe yra tiriamos bei
aptariamos galimybės racionaliai bei efektyviai panaudoti stiklo atliekas kaip
cemento pakaitalus.
Darbe yra aptariamos pagrindinės naudojamos medžiagos, tyrimų metodika,
perdirbto stiklo įtaka cementinio akmens cheminėms bei fizikinėms savybėms.
Stiklas yra amorfinė, izotropinė, kieta medžiaga. Buitinis stiklas yra sudarytas
daugiausia iš silicio dioksido (SiO2). Stiklas neturi tikslios lydimosi temperatūros,
kylant temperatūrai jis skystėja palaipsniui. Pagrindinis skirtumas tarp stiklo ir
kristalinės medžiagos yra tai, kad iš lydalo susidarant kristalams, jo savybės
keičiasi šuoliškai, o stiklo savybės – tolygiai, nuosekliai su kintančia temperatūra.
Maltas stiklas cementinėse sistemose gali būti naudojamas kaip pucolaninis
priedas. Norint sustiprinti malto stiklo pucolanines savybes jis buvo
ceolitizuojamas.
Ceolitai – tai didelė grupė mineralų, priskiriamų karkasinės sandaros,
aliumosilikatų hidratams. Pagrindinė ceolitų savybė yra atsparumas aukštoms
temperatūros, agresyvioms terpėms, jonizuojančio spinduliavimo poveikiui.
Ceolitai yra ekologiškai švari, inertinė ir netoksiška medžiaga. Ceolitiniai priedai
cementinėse sistemose bei jų hidratacijos procese įtakoja portlandito mineralo
Ca(OH)2 persikristalinimą į kalcio hidrosilikatinius (KHS) produktus. Be to
amorfinės struktūros ceolitinių priedų sintezė yra paprastesnė ir pigesnė nei
kristalinių ceolitų. [1-3]
84
1. Medžiagos ir tyrimo metodai
Šiame tyrime buvo naudojamas Portlandcementis (CEM I, 52,5R), maltas
stiklas, kurio sudėtyje Al2O3 = 2,81 %; SiO2 = 64,92 %; Na2O = 20,52 %; SO4-2
=
1,28%, Fe2O3 = 0,35 %, CaO = 5,34 %, MgO = 4,50 %, K2O = 0,27 %.
Cementiniams mišiniams ruošti buvo parinktas rišiklio ir vandens santykis
(V/R = 0.35), kuris buvo išlaikomas pastovus visuose tirtuose bandiniuose.
Bandiniuose 5, 10 ir 20% cemento buvo keičiama maltu stiklu. Bandiniai
suformuoti 20x20x20 mm formose ir kietinti 7 bei 28 paras.
Rentgeno difrakcinė analizė atlikta difraktometru DRON – 6. Naudota: CuKα
spinduliuotė, Ni filtras, detektoriaus judėjimo žingsnis – 0,02º, intensyvumo
matavimo trukmė – 0,5 s, anodinė įtampa Ua = 30 kV, srovės stiprumas I = 20 mA.
Difrakcinės kreivės buvo papildomai užrašytos 2 - 10º kampų intervale, naudojant
plokščią galinį grafito monochromatorių (d = 0.355 nm) ir matuojant intensyvumą
žingsnyje τ = 1s.
Malto stiklo elementonė sudėtis buvo nustatyta energiją skaidančiu rentgeno
spindulių spektrometru (EDS) su silicio tipo detektoriumi (SD3). Aktyvus plotas 5
fmm2/10 mm
2. Kolimatoriaus medžiaga – cirkonis.
Maltas stiklas buvo aktyvuotas naudojant žematemperatūrinę ceolitų sintezės
metodą.
Hidratacijos temperatūrų nustatymai buvo atlikti su 8 kanalų USB K tipo
termoporos duomenų surinkimo moduliu.
Bandinių su malto stiklo priedu gniuždomasis stipris buvo nustatinėjamas
kompiuterizuotu ToniTechnik 2020 presu.
2. Rezultatai ir jų aptarimas
Buvo naudota dviejų skirtingų metodų malto stiklo laužo ceolitizacija. Pirmu
atveju visų kietųjų komponentų reikiami kiekiai pasveriami ir sumaišomi. Po to
užpilamas reikalingas vandens kiekis ir dar kartą kruopščiai masė išmaišoma.
Ceolitizacijos procesas vyksta 3 valandas mišinį termiškai apdorojant 110±5 °C
temperatūroje. Po sintezės reakcijos produktuose perteklinis NaOH kiekis
išplaunamas vandeniu. Gauta medžiaga išdžiovinama ir naudojama kaip
portlandcemenčio pakaitalas cementinėse sistemose.
Buvo atlikta ceolitizuoto malto stiklo laužo rentgenograma, pateikta 2 pav.,
1kr. kreivėje visos esančios smailės (būdingos kristalinėms medžiagoms) yra
priskiriamos aliuminio hidroksidui (Al(OH)3).
Antruoju atveju, siekiant kad sintezės produktuose neliktų pradinių medžiagų
buvo paruoštas natrio aliuminato tirpalas, t. y. Al(OH)3 milteliai ištirpinti natrio
šarmo tirpale. Gautas tirpalas užpiltas ant likusių kietųjų komponentų ir papildomai
įpiltas reikiamas vandens kiekis. Toliau proceso eiga buvo tokia pati kaip ir pirmu
atveju. Rentgenografinė analizė parodė, kad šiuo atveju reakcijos produktus sudaro
natrio ir kalcio aliumosilikato hidratai (2pav. 2kr.).
85
2 pav. Malto ceolitizuoto stiklo laužo rentgenogramos. 1- Z1; 2- Z2. Žymenys: G –
aliuminio hidroksidas Al(OH)3; Z- natrio aliumohidrosilikatas Na8(AlSiO4)6(OH)2·4H2O; C
– kalcio aliumohidrosilikatas CaAl2Si2O8·4H2O.
Taip pat buvo atliekamas cemento tešlos hidratacijos temperatūrų nustatymas.
Ištyrus bandinius, kur buvo panaudotas paprastas maltas stiklo laužas (4, a pav.)
aukščiausia temperatūra buvo pasiekta bandinyje su 10% malto stiklo. Tačiau, kuo
didesnė dalis MS priedo buvo naudota (nuo 5 iki 15 proc.) tuo temperatūros
maksimumas buvo pasiekiamas vėliau, lyginant su kontroliniu bandiniu. Dėl to
galima teigti, kad MS priedas neženkliai užvėlins cementinio akmens hidrataciją.
a
86
b
c
4 pav. Naudotų priedų įtaka cementinės tešlos hidratacijos kreivėms. a) maltas stiklo
laužas; b) priedas Z1; c) priedas Z2
Priešingas efektas buvo gautas naudojant Z1 priedą (4, b pav.). Gauta, kad
aukščiausia temperatūra pasiekta bandinyje su 5% Z1 priedu. Taip pat pastebėta,
kad visais atvejais kai buvo naudojamas Z1 priedas, temperatūros maksimumas
buvo ankstyvesnis nei kontrolinio bandinio. Taigi tikėtina, kad bandiniai su Z1
priedu greičiau įgaus ankstyvąjį stiprumą.
Taip pat buvo atliktas bandymas su priedu Z2 (4, c pav.). Šiuo atveju, kaip ir
naudojant priedą Z1, aukščiausia temperatūra buvo pasiekta kai 5% cemento yra
87
pakeičiama priedu Z2. Tačiau šiuo atvejus temperatūros išsiskyrimas laiko
atžvilgiu buvo labai panašus kaip ir kontrolinio bandinio.
Sekantis tyrimo etapas - stiprio gniuždant nustatymas.
a
b
3 pav. Bandinių tankis po 7 parų (a) ir po 28 parų (b) kintant priedui bei jo kiekiui. MS -
malto stiklo priedas, Z1 - ceolitizuotas malto stiklo priedas 1, Z2 - ceolitizuotas matlo stiklo
priedas 2.
88
Nustačius bandinių stiprį gniuždant po 7 parų kietėjimo matoma (3, a pav.),
kad visais atvejais kai 5 % portlandcemenčio buvo pakeista priedais stipris
gniuždant buvo gautas didesnis nei kontrolinio bandinio. Kai naudojama daugiau
kaip 5% priedo, stipris gniuždant žymiai sumažėja ir gaunamas mažesnis nei
kontrolinio bandinio.
Iš duomenų, kurie gauti atlikus stiprio gniuždant bandymą po 28 parų
kietėjimo nustatyta (3, b pav.), kad bandiniuose kuriuose cementas dalinai
pakeičiamas priedais, stipris gniuždant gaunamas mažesnis nei kontrolinio
bandinio. Geriausias rezultatas gaunamas kai 5% cemento yra pakeičiama Z2
priedu.
Išvados
Iš gautų rezultatų galime daryti išvadą, kad naudojant 5% malto stiklo priedo,
ankstyvasis stiprumas gaunamas didesnis nei kontrolinio bandinio. Toliau didinant
priedo kiekį stipris gniuždant mažėja. Tačiau nustačius stiprį gniuždant po 28 parų
kietinimo gauta, kad visais atvejai kai buvo panaudoti malto stiklo priedai, stipris
gniuždant sumažėjo lyginant su kontroliniu bandiniu. Geriausias rezultatas buvo
gautas kai 5% portlandcemenčio buvo pakeista Z2 priedu. Šiuo atveju stipris
gniuždant sumažėjo 11% lyginant su kontroliniu bandiniu.
Literatūra 1. LST EN 197 - 1:2001. Cementas. 1 Įprastinių cementų sudėtis, techniniai
reikalavimai ir atitikties kriterijai. Vilnius.
2. Alfredas Balandis, Rimvydas Kamickas, Giedrius Vaickelionis „ Statybinių
medžiagų chemija. Silikatų ir stiklo chemija“ 2006.
3. D. Vaičiukynienė, V. Sasnauskas, V. Vaitkevičius „ Ceolitų sintezė ir jų
panaudojimas cementinėse sistemose“ (http://ktu.lt/saf/turinys/moksliniai-
tyrimai-0 ).
89
KAUNO JĖZUITŲ KOMPLEKSO PLĖTROS
IDĖJA / TERASOS APŽELDINIMO VIZIJA
The Development Idea of Kaunas Jesuit Complex /
Terrace Landscaping Vision
Vaiva Vaitkevičiūtė ir Monika Bartkutė Kauno technologijos universitetas
Abstract. The aim of this article is to overview the roof greening possibilities, technologies and to offer
some ideas how to create a green zone in City hall square, Kaunas. The main idea is to relate the
historical gardening styles, structures and apply them to nowadays projects and green-roofs development in Kaunas.
Įvadas
Rotušės aikštė nuo viduramžių - pagrindinė susibūrimo vieta, kurioje buvo
trys visuomeniniai centrai: bažnyčia, turgus ir miesto rotušė. Modernėjančiame
Kaune Rotušės aikštė turi daug konkurentų (pvz. prekybos centrai, galerijos, klubai
ir pan.) Todėl reikėtų sugrąžinti Rotušės aikštei jos reikšmingumą, formuojant
naujas susibūrimo vietas, žaliąsias erdves ir traukos centrus turistams ir
miestiečiams. Kaunas vadinamas žaliuoju miestu, bet jo reprezentacinėje zonoje
trūksta suformuotų, sukultūrintų žaliųjų erdvių Ant Jėzuitų vienuolyno, įsikūrusio
Rotušės aikštėje, esanti apie 400 kv. m. atvira terasa būtų tinkama vieta žaliajam
kampeliui, tyro oro erdvei viduryje miesto, skirtai susikaupimui ir vietiniams
susibūrimams. Šio straipsnio tikslas: apžvelgti apželdinimo struktūras ir
technologijas, pasiūlyti idėjų, kaip sukurti dar vieną vietą apžvalgai ir poilsiui
Kauno Rotušės aikštėje.
1. Sodų projektavimo struktūrų apžvalga
„Sodų ir parkų kūrimo istorija glaudžiai susijusi su apskritai visos
dekoratyvinės sodininkystės ir jos tradicijų istorine raida <...> Kuriant sodus ir
parkus buvo atrasta daugybė kompozicinių priemonių ir būdų, tebenaudojamų ir
šiandien.“ [5]
Sodų vystymosi raidoje išryškėjo dvi labai skirtingos sodų struktūros -
reguliarioji ir laisvoji.
Reguliariosios struktūros ištakos siekia senovės Egipto laikus. Jai būdinga
griežta sodų struktūra, kuri susiformavo dėl racionalios drėkinimo sistemos: tiesių
ir statmenai susikertančių kanalų, plačios ir tiesios procesijų gatvės, kurią
apsodindavo palmėmis. Dėl šių priežasčių plane ilgam įsivyravo simetrija, išilginė
90
ašis, naudos ir grožio derinimas. Griežtas ir tvarkingas sodų planavimo būdas buvo
naudojamas ir senovės Persijoje. Kompozicijos pagrindą sudarė dvi statmenai
susikertančios ašys, o sodo teritorija dalinama į įvairaus dydžio geometrinius
sklypus. Panašiu principu buvo formuojami ir senovės Romos sodai, tik papildomi
parteriais, fontanais, nimfėjais, baseinais, portikais ir skulptūromis. Reguliarioji
sodų struktūra suklestėjo Renesanso laikotarpiu Prancūzijoje ir Italijoje. Itališkas
sodas daug paprastesnis, labiau pritaikytas paprastam žmogui dėl savo mažesnio
mastelio, tuo tarpu Prancūziškasis asocijuojasi su karalių ir valdovų rūmais,
kadangi yra labai monumentalus. Vėliau reguliarioji sodo struktūra paplito
Olandijoje, Anglijoje, Vokietijoje, Austrijoje ir Rusijoje.
Laisvoji sodų kompozicija gimė tolimuosiuose rytuose, senovės Kinijoje, 11a.
pr. Kr. Gamta buvo svarbiausia žmogaus gyvenime. Kinijos sodininkai stengdavosi
atkartoti būdingą peizažą, kurti natūralistinius vaizdus. Šios struktūros atsiradimas
paremtas vieningumo, sąsajos su gamta ieškojimu. Tokiu būdu susiformavo ne tik
nauja sodų želdinimo struktūra, bet ir idealizuotas peizažo modelis. Panaši sodų
kūrimo filosofija, paremta ne tik jausmais, bet ir tikėjimu, buvo išsivysčiusi ir
senovės Japonijoje. Išskiriamos dvi pagrindinės Japoniškojo sodo formavimo
kryptys: imituojanti kalnuotą peizažą, pavyzdžiui, šventojo Fudžijamos kalno
formą ir lygumų, kuri atkartoja upių, jūrų, salų krantų linijas. Japoniškas sodas
išsiskiria savo nedideliais matmenim ir asimetrija.18 amžiaus Europoje
susidomima laisvojo plano sodais. Laisvoji struktūra išsivysto į angliškąjį parką,
kuriam būdingas natūralumo siekis, priešprieša prancūziškajam dirbtinumui ir
reprezentacijai. [3;5]
Sodų planavimo struktūra (Europoje)
Reguliarioji Laisvoji Prancūziškas stilius Itališkasis stilius Angliškasis stilius
Prancūziško stiliaus
pavyzdys [7]
Itališkojo stiliaus pavyzdys
[7]
Angliškojo stiliaus
pavyzdys [6]
2. Sodų želdinimo tipų pritaikymas kuriant žalius stogus
Šiais laikais mieste, kur mažai vietos, sodas gali būti perkeliamas ant stogo.
Tai ne tik puošia miestą ir prideda jam estetikos, bet ir grynina orą. Toks
apželdinimas labai populiarus vakarų ir pietų Europoje, o Lietuvoje tai yra dar tik
idėja. Kas yra žalias stogas? Tai – pastato stogas visiškai ar iš dalies padengtas
dirvožemiu ir augalija, atskirtas nuo stogo dangos hidroizoliaciniu ir drenažo
91
sluoksniais. Išanalizavus literatūrą, galima teigti, kad apželdinti stogai grynina
miesto orą, suteikia papildomos erdvės gausiai užstatytose teritorijose, suteikia
geresnę garso izoliaciją, padeda palaikyti temperatūrą (vasarą patalpoje sulaiko
vėsą, žiemą – šilumą), prailgina stogo eksploatacijos laiką, atitinka ekologinės
statybos principus, kadangi kompensuoja dėl statybų prarastus plotus, saugo stogo
konstrukcijas nuo didelių temperatūrų svyravimų, suteikia aplinkai estetiškumo.
Deja, galima pastebėti ir apželdintų stogų trūkumų: jie reikalauja stipresnės stogo
konstrukcijos, didesnių išlaidų įrengimui ir daugiau priežiūros.
Pagal apželdinimo intensyvumą ir augalų pobūdį išskiriamos dvi stogų
apželdinimo kryptys: ekstensyvusis ir intensyvusis apželdinimas. Prilygstančiam
parkams intensyviam apželdinimui gali būti naudojami aukštaūgiai augalai:
krūmai, medžiai. Šiam želdinimui gali būti panaudota ir reguliariojo, ir laisvojo
sodo struktūros. Apželdinant stogą ekstensyviai, auginami augalai, kuriems užtenka
3-10 cm žemės sluoksnio, jie turėtų būti atsparūs sausrai, saulės radiacijai, šalčiui,
ilgaamžiai, nereiklūs priežiūrai. Ekstensyvaus pobūdžio želdynus labai veikia
vandens kiekio svyravimai, todėl čia netinka augalai, kuriems nuolat reikia
drėgmės, augalija turėtų būti minimali: samanos, prieskoniniai augalai, vaistinės
žolės, viržiai, šilokai ir jų deriniai su žole. Šiam stogo apželdinimo tipui gali būti
pritaikomi tiek laisvosios, tiek reguliariosios sodų želdinimo struktūros, bet tik jų
simboliai ar užuominos, nes privalu atsižvelgti į stogo konstrukciją. [1;2]
3. Idėjos ir pasiūlymai Kauno Jėzuitų vienuolyno žaliajam stogui
Jėzuitų vienuolyno stogo konstrukcija gali atlaikyti 100kg/kv.m. Todėl, jeigu
nenorime stiprinti stogo konstrukcijos, šiam stogui galima taikyti ekstensyvų
apželdinimo tipą, kuris suteikia tik 30-150 kg/kv. m papildomą apkrovą.
Pirmoji idėja - ramybės sodas. Šio parko vizija kyla iš sumodernintos laisvos
sodo formavimo struktūros, kurios ištakos siekia senovės Rytus. Kadangi dažniausi
sodo lankytojai būtų vienuoliai, sodas turėtų būti skirtas susikaupimui, galbūt net
Intensyviai apželdintas stogas [8] Ekstensyviai apželdintas stogas [4]
Stogų želdinimo tipai Ekstensyvus
Intensyvus
92
meditacijai. „Jausdamas gamtos grožį, žmogus suvokia ir dieviškąjį grožį“ [5].
Taigi norėdamas atrasti save, žmogus pirmiausia turi rasti ryšį su gamta. Kad sodas
teiktų kuo daugiau ramybės, jo kompozicija – horizontali. Idėjoje svarbiausia
planinė struktūra, o ne aukštingumas. Šis sodas neiššaukiantis nei spalvomis, nei
formomis, kad niekas papildomai neblaškytų dėmesio, kad lankytojai matytų visus
senamiesčio privalumus ir vaizdus, pastebėtų sodo smulkmenas. Labiausiai idėją
atspindintys augalai: samanos, žemaūgės kalninės pušys, dekoratyviniai kadagiai,
šilokai.
Antra idėja – sumodernintas reguliaraus plano sodas. Jo struktūra – aiški
užuomina į pastato statybos laikus, baroko laikotarpį, kada ir suklestėjo
prancūziškas ir itališkas sodai, paremti aiškia ornamentika. Pagrindinė mintis -
sukurti simetriško plano ornamentus, tačiau formuoti juos ne iš krūmų, o iš
specialiai pagal planinę struktūrą išformuotų vazonų. Jie pintųsi į vientisą takų
sistemą, kuri priverstų ilgiau pasivaikščioti. Šios idėjos esmė - ne atkartoti, o
funkcionaliai pritaikyti reguliarųjį planą ir pabrėžti pastato kontekstą ir santykį su
šių laikų poreikiais. Vazonai būtų pritaikyti auginti daržoves, uogas, prieskonius,
kviečius, ajerus, linus, kad sodas ne tik teiktų estetinę vertę, bet ir būtų
funkcionaliai išnaudotas.
Penkių pojūčių sodas – trečia idėja. Jos pagrindas – penkių pojūčių
meditacija. Ji leidžia žmogui pažinti aplinką lytėjimu, regėjimu, klausa, skoniu ir
uosle. Idėjos esmė yra priversti žmogų ne tik apsilankyti sode, bet iš esmės pajusti
sodo ir vietos dvasią, susimąstyti, atitrūkti nuo kasdienybės. Galima paliesti
kaktusą, pauostyti levandų kvapo, nusiskinti ką nors skanaus (uogą ar pomidorą),
pasiklausyti vandens čiurlenimo ir vėjo varpelių, pasižvalgyti į gražius vaizdus.
Tačiau pažiūrėti į sodą ir aplinką ne tik filosofiškai, bet ir linksmai, kadangi sodas
formuojamas iš žaismingų elementų: kubelių, kurie jungiasi ir „žaidžia“. Vazonai,
takeliai, suoleliai - viskas sudaryta iš tarpusavy sujungtų medinių kubelių.
Išvados
Rotušės aikštę galima padaryti lankomesnę ir aktualesnę suformuojant
joje daugiau žaliųjų erdvių. Viena iš jų galėtų būti Jėzuitų žalioji terasa.
Kauno miesto reprezentacinę zoną galima atnaujinti tęsiant jau esamas
sodų formavimo tradicijas, supinant senamiesčio istoriją ir naujas stogų
apželdinimo idėjas.
Labiausiai esamai situacijai tinka ekstensyvus stogų apželdinimas, kurio
idėją papildo tiek laisvoji, tiek reguliarioji sodų želdinimo struktūros, tačiau galėtų
būti taikomi tik jų simboliai ar užuominos, nes privalu atsižvelgti į stogo
konstrukciją.
Kiekviena pasiūlyta idėja yra ne tik estetiška, bet ir atspindi gilesnę mintį
arba teikia naudą.
93
Summary
The city hall square of Kaunas can be made much more visitable by creating
more green places. One of them could be Jesuit green-roof terrace.
Representational Kaunas zone could be renewed by continuing the existing
gardening traditions, old-town historical image and applying them to new green-
roofs tendence. The most applyable green-roof type is extensive in which freeform
or regular gardening styles could be used.
But only symbols or hints could be used in the garden of such style. It is very
important to pay attention to the constructions of the roof. Every suggested idea is
not only esthetical but shows the profound idea and has its benefits, as well.
Literatūra 1. http://www.supernamai.lt/stogu_apzeldinimo_technologija/ (žiūrėta 2013-10-10).
2. http://www.namuplanai.lt/straipsniai/path/apzeldintas_stogas (žiūrėta 2013-10-
08).
3. http://www.visainfo.lt/imoniu-straipsniai/apzeldinimas-aplinkos-stiliai-855.
4. http://www.sodobites.lt/terasu_balkonu.html (žiūrėta 2013-10-08).
5. Balkevičius J. 2010. Sodų meno stilių raida. Vilnius, Vilniaus dailės akademijos
leidykla.
6. Hobhouse P. 2002. The Story of Gardening. London, Dorling Kindersley Limited.
7. Kluckert E. 2005. European Garden Design from Classical Antiquity to the
Present Day. Abingdon, KÖNEMANN.
8. http://www.ddgreenperspective.com/2012_08_01_archive.html (žiūrėta 2013-11-
08).
94
PLASTIKO TEKINIMO ATLIEKŲ ĮTAKA
CEMENTINIO AKMENS FIZIKINĖMS IR
MECHANINĖMS SAVYBĖMS
The influence of plastic grinding waste to the physical
and mechanical properties of the cement stone
L. Venčkauskas, M. Daukšys Kauno technologijos universitetas
Abstract. Today in our world various waste are accumulating rapidly, therefore it is essential finding some ways how to decrease the amount of waste storage. One of the methods is use waste as secondary
raw material for new products manufacturing or for properties modification of existing materials. The
researches of physical and mechanical properties of the cement stone (W/C – 0.4) containing plastic (PVC) shavings are done in order to find the possibility to use them in concrete making. The spread of
cement slurry, density, flexural and compression strength of cement stone as well as the dependence
between deformation and destructive force are established. On the basis of the research, the results show that by increasing the amount of plastic shavings till 3.0% in respect to the amount of cement, the
spread of cement slurry is decreased up to 14%, the density of cement stone is decreased up to 0.9%, the
compressive strength is decreased up to 25% compared to the reference specimen without shavings. On the other hand, the flexural strength of cement stone is increased till 8% when the amount of shavings is
3.0% of the cement mass. A larger amount of PVC shavings causes the destruction of specimen at
greater deformations.
Įvadas
Žmonių populiacijai augant, didėja poreikis įvairiems daiktams, naujiems
pastatams, auga pramonė ir taip pat didėja išmetamų atliekų kiekis. Siekiant
mažinti atliekų kaupimą sąvartynuose tenka ieškoti galimybių kaip atliekas
panaudoti antrą kartą. Šiuo metu viena iš pagrindinių monolitinių konstrukcijų
statybinių medžiagų yra betonas, todėl atliekų, kaip antrinių žaliavų panaudojimas
betono gamyboje galėtų padėti sumažinti atliekų sąvartynuose kiekį.
Atlikus literatūros šaltinių apžvalga išskiriamos dvi pagrindinės antrinių
žaliavų panaudojimo betonuose kryptys. Pirma kryptis – mechaniškai, termiškai ir
kitaip apdirbtų atliekų panaudojimas keičiant rišančiąją medžiagą – cementą
antrinėmis žaliavomis. Tokio pobūdžio tyrimus atliko mokslininkai Gualtieri,
Boccaletti (2011) tyrę asbocemento panaudojimą, Vaitkevičius et al. (2012) tyrę
maltų granito atsijų įtaką betonui, Nassar, Soroushian (2012) malto stiklo
panaudojimą ir kita. Antra kryptis – panaudoti apdorotas atliekas kaip dirbtinus
užpildus betonui gaminti, pvz. maltas stiklo atliekas (Maier, Durham 2012), pūsto
stiklo atliekas (Limbachiya et al. 2012), keramikos šukes (Katzer, Domski 2013),
automobilių padangų gumą (Benazzouk et al. 2007) ir kita. Visais atvejais
95
nustatyta, kad atitinkamu santykiu naudojant antrines žaliavas su pirminėmis,
gautos betono savybės yra ne prastesnės, o kartais ir geresnės, nei standartinio
betono.
Šiomis dienomis įvairiuose įrengimuose plačiai naudojamos iš plastiko
pagamintos dalys, kurios savo savybėmis kai kuriais atvejais pralenkia plienines
dalis. Apdirbant plastikus tekinimo, frezavimo, pjovimo būdais susidaro daug
plastiko drožlių, kurios savo forma ir savybėmis panašios į betono armavimui
naudojamas polimerines fibras (plaušą).
Betono armavimui naudojamos fibros ir plaušai, kurie gali būti plieniniai arba
polimeriniai. Fibros gaminamos iš medžiagų, pasižyminčiu dideliu tamprumu,
todėl po betono mišinio maišymo ir jo sutankinimo išlaiko savo formą. Plaušai
gaminami iš mažu tamprumu pasižyminčių medžiagų, todėl mišinio maišymo ir
tankinimo metu plaušai atitinkami deformuojasi. Betono mišiniuose naudojami
polimerinai plaušai mažina plastines ir suslūgimo deformacijas, dilumą, didina
betono atsparumą smūgiams, ugniai, užšaldymo ir atšildymo ciklų poveikiui,
gerina betono liekamąjį stiprumą lenkiant (Sripkiūnas 2007).
Plieno tekinimo atliekų panaudojimo betonuose galimybės buvo tirtos
ankstesniame autoriaus darbe (Venčkauskas 2012). Atliekant tyrimus buvo
nustatyta, kad didinant plieno drožlių kiekį iki 60% cemento masės, cemento tešlos
pasklidimas ir gniuždomasis stipris mažėjo, tuo tarpu lenkiamasis stipris gautas
didesnis nei kontrolinės sudėties be drožlių, o maksimalus gautas su 30% drožlių
cemento masės.
Plastiko tekinimo drožlių, kaip antrinės žaliavos, panaudojimas betonuose
vietoj tam gaminamų polimerinių plaušų padėtų spręsti plastiko utilizavimo
problemą (aplinkos oro tarša, energijos resursai lydant, deginant plastikus),
sumažintų plaušu armuoto betono gamybos kaštus. Siekiant išsiaiškinti plastiko
tekinimo drožlių panaudojimo betonuose galimybes buvo atlikti cementinio
akmens su plastiko drožlėmis tyrimai.
96
Naudotos medžiagos Tyrimams buvo naudotas AB “Akmenės cementas” portlandcementis CEM
II/A-LL 42,5 R (MA) (A). Cemento dalelių savitasis paviršius 360 m2/kg, dalelių
tankis 3110 kg/m3, normalaus tirštumo tešlos vandens sąnaudos 23,8, rišimosi
pradžia 185 min, gniuždymo stipris po 28 parų kietėjimo 44,1 MPa.
Tyrime naudotos plastiko drožlės, kurios susidaro apdirbant plastiką tekinimo
būdu. Tyrime naudotų plastiko tekinimo drožlių vaizdas pateiktas 2.1 paveiksle.
2.1 pav. Tyrime naudotos plastiko drožlės
Plastiko drožlės buvo paimtos iš uždaro atliekų sandėlio. Atliekant tyrimus
plastiko drožlės nebuvo specialiai ruošiamos, t.y. nebuvo valomos, rūšiuojamos ar
smulkinamos. Iš 2.1 pav. matyti, kad plastiko tekinimo proceso metu susidarančių
plastiko drožlių forma yra įvairi: tiesios, riestos, spiralinės, susuktos ir pan., drožlių
paviršius lygus arba šiurkštus (sueižėjęs). Laboratorijoje nustatytas plastiko drožlių
tankis yra apie 1335 kg/m3. Pagal įmonėje, iš kurios buvo paimtos drožlės, detalių
gamybai naudojamus plastiko ruošinius ir plastikų tankių lentelę (www.pvc.org)
galima daryti prielaidą, kad tai yra PVC drožlės.
Tyrimų metodika
Cemento tešlos buvo maišomos priverstinio maišymo laboratorinėje
maišyklėje „Automix“. Cementas ir plastiko drožlės buvo dozuojamos pagal masę,
o vanduo – pagal tūrį. Tyrimo metu cemento tešlos vandens ir cemento santykis
buvo pastovus – 0,4. PVC drožlių kiekis buvo didinamas kas 0,5% cemento masės
ir tyrimo metu kito ribose nuo 0,5 iki 3%. Tyrime naudotų cemento tešlų sudėtys
pateiktos 3.1 lentelėje. Skaičius prie sudėčių žymėjimo CP parodo drožlių kiekį
procentais cemento masės. Sudėtis CP0 laikoma kontroline.
97
3.1 lentelė. Cemento tešlų sudėtys 1 m3 mišinio
Medžiaga Cemento tešlos sudėtis žymėjimas
CP0 CP0.5 CP1.0 CP1.5 CP2.0 CP2.5 CP3.0
CEM II/A-LL 42,5 R (MA), kg 1386 1386 1386 1386 1386 1386 1386
Vanduo, l 554,4 554,4 554,4 554,4 554,4 554,4 554,4
V/C 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
PVC drožlės, kg 0 6,93 13,86 20,79 27,72 34,65 41,58
Cementinio akmens bandiniai prizmės (40×40×160 mm) buvo formuojami
metalinėse formose. Iš kiekvienos sudėties pagaminta po šešis bandinius. Formose
bandiniai buvo laikomi 20 val., esant aplinkos oro temperatūrai 20±2 °C. Išimti iš
formų cementinio akmens bandiniai buvo kietinami 28 paras vandenyje, kurio
temperatūra 20±2ºC. Cementinės tešlos sklidumas nustatytas Suttardo
viskozimetru. Cementinio akmens tankis apskaičiuojamas bandinio turį padalinus
iš bandinio masės. Cementinio akmens lenkiamasis ir gniuždymo stipriai nustatyti
remiantis standarto LST EN 196-1 keliamais reikalavimais.
Tyrimų rezultatai
Cemento tešlos sklidumo priklausomybė nuo PVC drožlių kiekio cemento
masės tešloje pavaizduota 4.1 paveiksle.
Iš šio paveikslo matyti, kad Suttardo viskozimetru nustatytas tešlos sklidumas
kinta neproporcingai plastiko drožlių kiekiui cemento masės. Dedant drožlių į tešlą
iki 1,5% cemento masės, tešlos sklidumas išlieka beveik pastovus, t.y. kinta ribose
nuo 140 mm (be drožlių) iki 139 mm. Toliau didinant drožlių kiekį iki 3,0%
cemento masės tešlos sklidumas vis labiau mažėja. Esant plastiko drožlių kiekiui
3,0% cemento masės, jis siekia 120 mm, arba sumažėja 14% lyginant su kontroline
tešlos sudėtimi. Plastiko drožlių riesta, lenkta forma ir šiurkštus paviršius turi
4.1 pav. Cemento tešlos su plastiko
drožlėmis sklidumas, nustatytas
Suttardo viskozimetru
4.2 pav. Cemento tešlos sklidumo
vaizdas, esant CP2.5 sudėčiai
98
įtakos cemento tešlos sklidumui. Esant didesniam plastiko drožlių kiekiui, jos
sukimba tarpusavyje ir padidina rišlumą tarp atskirų cemento tešlos sluoksnių,
todėl mažėja cemento tešlos sklidumas.
PVC drožlių pasiskirstymo cementinio akmens bandinio skerspjūvyje kitimas
didėjant plastiko drožlių kiekiui cemento masės matomas 4.3 paveiksle. Iš šio
paveikslo matyti, kad plastiko drožlės cementinio akmens bandinio (40×40×160
mm) skerspjūvyje pasiskirsto nevisiškai tolygiai. Plastiko drožlės dėl savo
sudėtingos formos ir šiurkštaus paviršiaus maišymo metu yra linkę tarpusavyje
sukibti ir netolygiai pasiskirsto bandinio tūryje jo formavimo metu.
CP0
CP0.5
CP1.0 CP1.5
CP2.0 CP2.5 CP3.0
4.3 pav. Cementinio akmens su plastiko drožlėmis skelto paviršiaus vaizdas
Cementinio akmens tankis, kaip matyti iš 4.4 paveikslo, mažėja didėjant
plastiko drožlių kiekiui cemento masės, nes PVC drožlių savitasis tankis beveik 2
kartus mažesnis nei cementinio akmens. Cementinio akmens kontrolinės sudėties
tankis gautas 1935 kg/m3. Esant 0,5% plastiko drožlių kiekiui cemento masės,
cementinio akmens tankis sumažėja apie 0,9% lyginant su kontroline sudėtimi (iki
1918 kg/m3). Didinant drožlių kiekį iki 3,0% cemento masės cementinio akmens
tankis sumažėja apie 3% lyginant su kontroline sudėtimi (iki 1875 kg/m3).
99
Cementinio akmens su PVC drožlėmis gniuždymo stipris gaunamas mažesnis, nei
kontrolinės sudėties. Iš 4.5 paveikslo matyti, kad cementinio akmens gniuždymo
stipris, didėjant PVC drožlių kiekiui cemento masės, palaipsniui mažėja. Didinant
plastiko drožlių kiekį iki 3,0% cemento masės cementinio akmens gniuždymo
stipris gaunamas apie 25% mažesnis nei kontrolinės sudėties, t.y. sumžėja nuo
68,8 MPa iki 51,5 MPa. PVC drožlių tamprumo modulis yra mažesnis nei
cementinio akmens, todėl didėjant apkrovai atsirandančius įtempimus bandinyje
perima cementinis akmuo, o PVC drožlės nesunkiai deformuojasi, be to didesnis
drožlių kiekis labiau sumažina faktinį cementinio akmens skerspjūvio plotą
bandinyje, todėl ir gauname gniuždymo stiprio sumažėjimą.
Cementinio akmens lenkimo stiprio priklausomybė nuo PVC drožlių kiekio
pateikta 4.6 paveiksle. Iš šio paveikslo matyti, kad didinant plastiko drožlių kiekį
iki 2,0% cemento masės, cementinio akmens lenkimo stipris padidėja iki 6%
lyginant su kontroline sudėtimi. Kontrolinės sudėties lenkimo stipris gautas
2,45 MPa. Esant drožlių kiekiui 2,0% cemento masės jis siekia 2,60 MPa. Toliau
didinant palstiko drožlių kiekį iki 3,0% cemento masės cementinio akmens
lenkimo stipris nežymiai padidėja iki 2,66 MPa, t.y. padidėja apie 8% lyginant su
kontroline sudėtimi. Bandinio lenkimo metu tempimo zonoje atsirandančius
įtempimus perima PVC drožlės ir tai lemia cementinio akmens lenkimo stiprio
padidėjimą. Bandiniai suiro po plastiko drožlių nutraukimo, suirimo plokštumoje
nepastebėta drožlių išsitraukimo iš cementinio akmens požymių. Tai rodo, kad
PVC drožlės gerai sukimba su cementiniu akmeniu, tačiau jų stipris nėra
pakankamas siekiant aukštesnių cementinio akmens lenkimo stiprio rezultatų.
4.4 pav. Cementinio akmens
tankio priklausomybė nuo plastiko
drožlių kiekio
4.5 pav. Cementinio akmens
gniuždymo stiprio priklausomybė nuo
plastiko drožlių kiekio
100
Cementinio akmens bandinių su PVC drožlėmis maksimalaus įlinkio ir
didžiausios bandinį paveikusios jėgos, kuri sukelia šį įlinkį, kitimas priklausomai
nuo plastiko drožlių kiekio pavaizduotas 4.7 paveiksle. Iš šio paveikslo matyti, kad
didžiausia cementinio akmens bandinį paveikusi jėga svyruoja ribose nuo 0,89 iki
1,10 kN, tuo tarpu įlinkis nuo 91,0 iki 129,8 µm. Didžiausia cementinio akmens
bandinį paveikusi jėga priklauso nuo plastiko drožlių kiekio. Kuo plastiko drožlių
daugiau, tuo didesnės jėgos reikia, norint suardyti bandinį. Be to, esant didesniam
plastiko drožlių kiekiui cementiniame akmenyje, bandinys suyra prie didesnių
deformacijų.
Išvados
1. Plastiko drožlių riesta, lenkta forma ir šiurkštus paviršius turi įtakos
cemento tešlos sklidumui. Didinant plastiko drožlių kiekį iki 3,0%
cemento masės, cemento tešlos sklidumas sumažėja apie 14% lyginant
su kontroline sudėtimi.
2. Plastiko drožlės dėl savo sudėtingos formos ir šiurkštaus paviršiaus
maišymo metu yra linkę tarpusavyje sukibti ir netolygiai pasiskirsto
bandinio tūryje jo formavimo metu.
3. Didinant plastiko drožlių kiekį iki 3,0% cemento masės cementinio
akmens tankis sumažėja apie 3,0% lyginant su kontroline sudėtimi.
4. Cementinio akmens su PVC drožlėmis gniuždymo stipris gaunamas apie
25% mažesnis lyginant su kontroline sudėtimi, kai plastiko drožlių
kiekis yra 3,0% cemento masės.
5. PVC drožlės padidina cementinio akmens bandinių lenkimo stiprį. Esant
plastiko drožlių kiekiui 2,5–3,0% cemento masės gaunamas apie 8%
didesnis cementinio akmens lenkimo stipris nei kontrolinės sudėties. Be
4.6 pav. Cementinio akmens lenkimo
stiprio priklausomybė nuo plastiko drožlių
kiekio
4.7 pav. Cementinio akmens bandinių įlinkio
ir lenkimo jėgos priklausomybė nuo plastiko
drožlių kiekio
101
to, esant didesniam plastiko drožlių kiekiui cementiniame akmenyje,
bandinys suyra prie didesnių deformacijų.
Literatūra Gualtieri A.F., Boccaletti M. 2011. Recycling of the product of thermal inertization of
cement–asbestos for the production of concrete. Construction and Building Materials,
Volume 25, Issue 8, August 2011, p. 3561-3569.
Katzer J., Domski J. 2013. Optimization of fibre reinforcement for waste aggregate
cement composite. Construction and Building Materials, Volume 38, January 2013, p. 790-
795.
Limbachiya M., Meddah M. S., Fotiadou S. 2012. Performance of granulated foam
glass concrete. Construction and Building Materials, Volume 28, Issue 1, March 2012, p.
759-768.
Maier P. L., Durham S. A. 2012. Beneficial use of recycled materials in concrete
mixtures. Construction and Building Materials, Volume 29, April 2012, p. 428-437.
Nassar R., Soroushian P. 2012. Strength and durability of recycled aggregate concrete
containing milled glass as partial replacement for cement. Construction and Building
Materials, Volume 29, April 2012, p. 368-377.
Skripkiūnas G. 2007. Statybinių konglomeratų struktūra ir savybės: vadovėlis.
Kaunas: Vitae Litera., p. 208-212.
Vaitkevičius V., Šerelis E., Lygutaitė R. Production waste of granite rubble utilisation
in ultra high performance concrete. Advanced Construction 2012 : proceedings of the 3rd
international conference, 18-19 October, 2012, Kaunas, Lithuania / Kaunas University of
Technology. Kaunas: Technologija., p. 144.
Venčkauskas L., Daukšys M., Klovas A. 2012. Properties of the cement stone
containing steel shaving waste. Advanced Construction 2012 : proceedings of the 3rd
international conference, 18-19 October, 2012, Kaunas, Lithuania / Kaunas University of
Technology. Kaunas: Technologija., p. 161-165.
http://www.pvc.org/en/p/specific-gravity-density (žiūrėta 2013-10-31)