ucinek delcev mlete gume na kompenzacijo krcenja

II

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa

UČINEK DELCEV MLETE GUME NA KOMPENZACIJO KRČENJA

CEMENTNEGA KAMNA

Študent: Andrej Klobasa

Študijski program: visokošolski, Gradbeništvo

Smer: Operativno-konstrukcijska

Mentor: doc.dr.Samo Lubej,univ.dipl.inž.grad.

Somentor: doc.dr.Andrej Ivanič,univ.dipl.inž.grad.

Maribor,januar 2015

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju dr. Samu Lubeju za

dodelitev teme diplomske naloge. Posebna

zahvala gre somentorju dr. Andreju Ivaniču za

pomoč pri laboratorijskem in strokovnem delu

Posebna zahvala velja družini, ki mi je omogočila

študij in mi stala ob strani.

V

UČINEK DELCEV MLETE GUME NA KOMPENZACIJO KRČENJA

CEMENTNEGA KAMNA

Ključne besede: cementna pasta, reciklirana guma, aerant, elektrofiltrski pepel,

nabrekanje, krčenje

UDK: 666.946.017(043.2)

Povzetek

V diplomski nalogi smo opravili eksperimentalno analizo cementne paste z dodatkom

elektrofiltrskega pepela (EFP), reciklirane gume in aeranta. Na vzorcih hidratizirane

cementne paste smo z Dugganovim testom izzvali zakasnelo tvorbo etringita (DEF).

Posledice te reakcije so bile deformacije, katere so bile kompenzirane z zelo majhnimi

delci reciklirane gume. Majhni delci reciklirane gume so delovali kot majhne vzmeti v togi

cementni matrici. Posledično je prišlo do zmanjšanja deformacij v cementnem kamnu.

VI

EFFECT OF TIRE RUBBER PARTICLES ON SHRINKAGE COMPENSATION

IN CEMENT PASTE

Key words:cement paste, recycled rubber, air-entraining agent, fly ash, expansion,

shrinkage

UDK: 666.946.017(043.2)

Abstract

In this thesis, we conducted an experimenatl analysis of the cement paste containing fly

ash (EFA), recycled rubber and air-etraining agent. On samples of the hydrated cement

paste with Duggan's test we provoked delayed ettringit formation (DEF). The cosquences

of these reactions were deformation , which they were compensated with very small

particles recycled rubber. Small particles recycled rubber are acted as small springs in a

rigid cement matrix. Consequently, there has been a reduction in deformation in cement

stone.

VII

VSEBINA

1 UVOD ............................................................................................................................ 1

1.1 Opredelitev problema ........................................................................................................ 1

1.2 Nameni in cilji diplomskega dela ........................................................................................ 1

1.3 Predpostavke in omejitve ................................................................................................... 2

1.4 Metode preizkušanja .......................................................................................................... 2

2 TEORETIČNI DEL ..................................................................................................... 3

2.1 Beton .................................................................................................................................. 3

2.2 Agregat ............................................................................................................................... 3

2.3 Cement ............................................................................................................................... 4

2.4 Voda ................................................................................................................................... 5

2.5 Dodatki betonu................................................................................................................... 5

2.6 Hidratacija cementa ........................................................................................................... 6

2.7 Reciklaža odpadnih gum..................................................................................................... 7

2.8 Beton z dodatkom reciklirane gume .................................................................................. 8

2.9 Možnost izboljšanja adhezije reciklirane gume s cementno matrico ................................ 8

2.10 Elektrofiltrski pepel ............................................................................................................ 9

2.11 Deformacije v cementni matrici ....................................................................................... 10

2.12 Krčenje .............................................................................................................................. 11

2.12.1 Krčenje zaradi kemijskih reakcij ............................................................................... 12

2.13 Ekspanzija ......................................................................................................................... 12

2.14 Merjenje deformacij v cementni matrici .......................................................................... 13

3 EKSPERIMANTALNI DEL ..................................................................................... 16

3.1 Uporabljeni materiali ....................................................................................................... 16

3.1.1 Cement ..................................................................................................................... 16

3.1.2 Elektrofiltrski pepel .................................................................................................. 16

3.1.3 Delci reciklirane mlete gume .................................................................................... 17

3.1.4 Voda ......................................................................................................................... 19

3.1.5 Aerant ....................................................................................................................... 19

3.1.6 Tekoči dušik .............................................................................................................. 19

3.2 Izdelava preizkušancev ..................................................................................................... 20

3.3 Priprava sveže cementne paste ....................................................................................... 20

3.3.1 Vgradnja vzorcev ...................................................................................................... 21

3.4 Eksperimentalne metode ................................................................................................. 22

3.4.1 Določanje standardne konsistence z Vicatovim aparatom ...................................... 22

3.4.2 Prostorninska obstojnost- Le Chatelierjev test ........................................................ 23

3.4.3 Sejalna analiza z mletjem delcev gume .................................................................... 24

3.4.4 Merjenje deformacij na cementni pasti ................................................................... 26

3.5 Rezultati in diskusija ......................................................................................................... 28

3.5.1 Rezultati sejalne analize delcev reciklirane gume .................................................... 28

3.5.2 Rezultati preizkusa standardne konsistence ............................................................ 29

3.5.3 Rezultati preizkusa prostorninske obstojnosti ......................................................... 30

3.5.4 Rezultati merjenja deformacij na cementni pasti .................................................... 31

3.5.5 Rezultati pregleda mikrostrukture delcev mlete gume z elektronskim mikroskopom

32

4 SKLEPI ....................................................................................................................... 37

5 LITERATURA: .......................................................................................................... 38

VIII

SEZNAM SLIK

Slika 2.1:Graf hidratacije cementa (povzeto A.M.Neville,2002)………………………......7

Slika 2.2: Aparat za merjenje volumenskih avtogenih deformacij cementne paste (povzeto

po Setter in Roy, 1978)………………..…………………………………………………...14

Slika 2.3:Aparat za merjenje linearnih avtogenih deformacij cementne paste (povzeto po

Ivanič,2011)..…………………... …………………………………………………………14

Slika 3.1:Elektrofiltrski pepel tipa A……………………....…………..…………………..16

Slika 3.2: Elektrofiltrski pepel tipa B……………………....……………..……………….17

Slika 3.3:Delci gume iz avtomobilskih pnevmatik ………………………...………….…...18

Slika 3.4:Delci sintetične (EPDM,EPM,SR) gume……..……………………….………...18

Slika 3.5:Mobilna tlačna posoda za utekočinjen plin……………………………………..19

Slika 3.6: Laboratorijski mešalnik….………………...……………………...……………21

Slika 3.7:Kalupi za majhne gredice…….………………………………………….……...21

Slika 3.8: Kalupi napolnjeni z pasto…….…………...………….......................................22

Slika 3.9: Vicatov aparat………………………………………………..…………………23

Slika 3.10: Le Chatelierjeva kopel in prstani……………………………………………...23

Slika 3.11: Toplotno izolirana posoda…………………………..……………………………25

Slika 3.12: Delci reciklirane gume granulacije manjši od 0,009 mm…....………………..25

Slika3.13: Sejalni aparat z pripadajočimi siti……..………………...…………………….26

Slika 3.14: Tehnična risba naprave za merjenje deformacij………………………………27

IX

Slika 3.15:Sejalne krivulje za reciklirano gumo iz avtomobilskih pnevmatik…...………..28

Slika 3.16: Sejalna krivulja za EPDM gumo…………...………………...……..…………29

Slika 3.17: Diagram meritev vzorcev prostorninske obstojnosti………………………….30

Slika 3.18: Diagram deformacij vzorcev cementne paste…………………………………31

Slika 3.19: SEM, SEI posnetek delcev mlete gume iz avtomobilskih pnevmatik…………..32

Slika 3.20: SEM, SEI posnetek delcev mlete gume iz avtomobilskih pnevmatik, ki je bila

dodatno zmleta in separirana na delce manjše od 0,09 mm………………….…………..33

Slika 3.21: SEM, SEI posnetek delcev mlete sintetične (EPDM,EPM, SR) gume –

sekanci..................................................................................................................................33


dodatno zmleta in separirana na delce manjše od 0,09 mm……………………..………..34


dodatno zmleta in separirana na delce manjše od 0,09 mm……………………..………..35

Slika 3.24: SEM, SEI posnetek mikrostrukture cementnega kamna z dodanim areantom in

delci mlete gume iz avtomobilskih pnevmatik, granulacije pod 0,09 mm ter EFP tipa B...35

Slika 3.25:SEM, SEI posnetek mikrostrukture cementnega kamna z dodanim areantom in

delci mlete sintetične (EPDM, EPM, SR), granulacije pod 0,09 mm ter EFP tipa A……..36

Slika 3.26:SEM, SEI posnetek mikrostrukture cementnega kamna z dodanim areantom in

delci mlete sintetične (EPDM, EPM, SR), granulacije pod 0,09 mm ter EFP tipa B……..36

X

SEZNAM PREGLEDNIC

Preglednica 2.1: Poimenovanje produktov reciklaže odpadne gume……...………………..8

Preglednica2.2:Tabela splošnih povprečnih vrednosti kemijske sestave EFP (Lubej,2011).9

Preglednica 3.1:Sita z velikostjo odprtin………………...…………………………….....24

Preglednica 3.2: Standardna konsistenca cementne paste……………………………….29

Preglednica 3.3: Prostorninska obstojnost vzorcev cementne paste………………………30

UPORABLJENI SIMBOLI

mc masa cementa

mp masa pepela

mw masa vode

maer masa aeranta

mg masa mlete gume

XI

KRATICE,OKRAJŠAVE

EFP – elektrofiltrski pepel

EPDM - sintetična guma (Etilen Propilen Dien Monomer)

EPM – sintetična guma (Etilen Propilen Monomer)

SR – silikonska guma (Silicon Rubber)

DEF – zakasnela tvorba etringita (Delayed Ettringite Formation)

CaO – kalcijev oksid

SiO2 – silicijev oksid

Al2O3 – aliminijev oksid

Fe2O3 – železov oksid

SO3 – žveplov trioksid

N– dušik

SEM – Scanning Electron Microscope

SEI – Secondary Electron Image

Učinek delcev mlete gume na kompenzacijo krčenja cementnega kamna 1

1 UVOD

1.1 Opredelitev problema

Razpoke v betonu in cementnem kamnu se v procesu strjevanja v glavnem pojavijo zato,

ker so deformacije ovirane. Deformacije lahko ovirajo zunanje (opaži) ali notranje ovire

(zrna agregata,armatura). Deformacije so posledica spremembe volumna v fazi strjevanja,

do katere pride zaradi kemičnih reakcij pri procesu hidratacije in zaradi vplivov okolja.

Deformacije katere so posledica vplivov okolja je mogoče omejiti z primerno nego betona.

Medtem, ko se avtogenim deformacijam, ki nastanejo zaradi kemičnih reakcij pri procesu

hidratacije težko izognemo. Delimo jih na nabrekanje (ekspanzijo) in krčenje. Glede na

podatke v različni literaturi se avtogene deformacije v cementni pasti in betonu zelo

razlikujejo po velikosti in predznaku. Različni avtorji v glavnem podajajo rezultate

merjenja avtogenih deformacij v cementni pasti na podlagi katerih predvidevajo razvoj

deformacij v betonu.

V diplomski nalogi bomo pripravili cementno pasto z dodatkom EFP, zelo majhnih delcev

reciklirane mlete gume in aeranta. Mehurčki od aeranta v hidratizirani cementni pasti bodo

služili kot mesta za rast kristalov etringita. Kristali etringita so prisotni v vseh cementnih

kompozitih, nastanejo pa kot posledica sulfatne reakcije. V hidratizirani cementni pasti se

pojavi zakasnela tvorba etringita (DEF). Posledice te reakcije so avtogene deformacije, ki

povzročijo pojav razpok v cementnem kamnu. Naša hipoteza je, da bomo z zelo drobnimi

delci mlete reciklirane gume dodanimi v cementno pasto zmanjšali avtogene deformacije

cementne paste oziroma cementnega kamna. Drobni delci mlete reciklirane gume bodo

delovali kot majhne vzmeti v togi cementni matrici.

1.2 Nameni in cilji diplomskega dela

Cilj diplomskega dela je dokazati, da se lahko s pomočjo zelo drobnih delcev reciklirane

mlete gume zmanjšajo deformacije cementnega kamna in betona. Cementno pasto smo

pripravili po vnaprej določeni recepturi, dodali smo še elektrofiltrski pepel in aerant.

Osredotočili smo se na merjenje krčenja in nabrekanja cementnega kamna. V klimatski

komori smo s posebno merilno celico spremljali deformacije cementnega kamna. Na

osnovi izvedenih preiskav, sklepamo, da je z zelo drobnimi delci reciklirane gume možno

zmanjšati krčenje in nabrekanje cementnega kamna.


1.3 Predpostavke in omejitve

Cementno pasto smo pripravili po recepturi, ki je vsebovala cement, vodo, elektrofiltrski

pepel, aerant ter drobne delce reciklirane gume. Del veziva-cementa, smo nadomestili z

dvema tipoma elektrofiltrskega pepela, dodali smo tudi drobne delce reciklirane gume.

Količino le teh smo določili v odvisnosti od mase dodanega cementa.

1.4 Metode preizkušanja

Po podani recepturi smo pripravili cementno pasto. Za izdelavo prizem iz cementne paste

na katerih so potekale meritve, smo uporabili nestandardne kalupe dimenzij 15/15/60 mm.

Preizkuse smo opravljali tako na sveži cementni pasti, kot pa tudi na cementnem kamnu.

Opravljeni so bili naslednji preizkusi:

- merjenje standardne konsistence sveže cementne paste z Vicatovim aparatom,

- določanje prostorninske obstojnosti cementne paste z Le Chatelierjevimi prstanimi,

- Dugganov test na prizmah cementnega kamna,

- merjenje deformacij na prizmah cementnega kamna v posebni merilni celici.

Mikrostrukturo hidratiziranega cementne paste z vmešanimi delci mlete gume smo določili

z uporabo elektronskih mikroskopov QUANTA 3D in SIRION 400 NC.


2 TEORETIČNI DEL

2.1 Beton

Že stari Rimljani so poznali beton. Beton v tistem času je bil mešanica peska, vulkanskega

pepela (pucolan), apna in vode. Že v tistem času je bil beton trden in trajen kot beton v

današnjem času. Uporabljali so ga za gradnjo akvaduktov, pristanišč, kopališč…itd. Beton,

ki ga poznamo danes, je bil razvit v 19. stoletju. Z dodajanjem jekla za ojačitev betona se

je razvil popolnoma nov material z čisto novimi lastnostmi. Uporaba obeh materialov

hkrati se je izkazala za zelo uspešno, saj beton dobro prenaša tlačne obremenitve, jeklo pa

natezne obremenitve, med drugim pa beton varuje jeklo pred rjavenjem. Prav zaradi

vsestranskosti betona, cenovne ugodnosti in možnosti kombinacije z jeklom v obliki

armiranega betona, je postal beton eden glavnih materialov v gradbeništvu.

V najosnovnejši obliki je beton mešanica agregata, cementa ter vode. Cement in voda

skupaj tvorita cementno pasto, katera poveže posamezne delce agregata v monolitno

celoto. V inženirski praksi so bistvene lastnosti že strjenega betona. Betonski mešanici

dodajamo razne dodatke s katerimi želimo izboljšati mehansko-fizikalne lastnosti betona,

lahko pa pride tudi do pojava nezaželenih stranskih učinkov, kot je nastanek razpok zaradi

volumskih sprememb.

2.2 Agregat

Ena najpomembnejših komponent betona je agregat, saj zavzema vsaj ¾ prostornine v

betonu. Prav zaradi velikega prostorninskega deleža v betonu pomembno vpliva na

lastnosti svežega in strjenega betona. V sveži betonski mešanici so posamezna zrna

agregata povezana s cementno pasto. Cementni kamen ima veliko trdnost in druge

potrebne lastnosti, s katerimi se izkazuje za zelo uporaben konstrukcijski material.

Poglavitna pomanjkljivost cementnega kamna so velike prostorninske spremembe v smislu

krčenja ali nabrekanja. Pomanjkljivosti lahko odpravimo z dodajanjem agregata različnih

frakcij v cementno pasto. S tem zmanjšamo količino cementne paste, z večjo zgoščenostjo

zrn agregata pa pridobivamo na tlačni trdnosti betona.


Vpliv zgoščenosti zrn agregata pa se tudi opaža na vgradljivosti betona. Agregat je torej

neke vrste notranje polnilo, ki ne nabreka in se ne krči in torej tudi predstavlja oviro za

širjenje razpok. Zaradi velike porabe agregata pri proizvodnji betonov so zaloge dobrega

agregata že zelo izčrpane. Prav zaradi izčrpanosti zalog, ekonomskih in ekoloških razlogov

smo prisiljeni uporabljati naravne agregate mejne kakovosti in agregate, proizvedene iz

drobljenega odpadnega betona porušenih zgradb. Za proizvodnjo klasičnih betonov se še

lahko uporabljajo agregati iz drugih industrijskih odpadkov, kot so guma, steklo, keramika,

ipd. (Šušteršič, 2006).

V praksi se najpogosteje uporabljajo naslednje frakcije agregata:

-fine frakcije: mivka 0/1 mm; 0/2 mm,

-drobne frakcije: pesek 0/4 mm,

-grobe frakcije: gramoz 4/8 mm; 8/16 mm; 16/32 mm; 32/45 mm ali 32/64 mm.

(Šušteršič 2006)

2.3 Cement

Cement je hidravlično vezivo, ki po mešanju z vodo preide v cementno pasto, katera zaradi

hidratacije veže zrna agregata medseboj. Hidratacija je kemijska reakcija, ki poteka

neodvisno od količine vode v mešanici, zato se lahko cement strdi tudi pod vodo. Po

določenem času se cementna pasta strdi in dobimo trd cementni kamen, kateri lahko

prenaša velike tlačne obremenitve. Navkljub majhnemu deležu cementa (10-20 %) od

skupne mase betonske mešanice ima cement velik vpliv na lastnosti in ceno betona. Prav

količina cementa odločilno vpliva na tlačno trdnost betona. Najpogosteje se uporabljajo

cementi, kateri se masovno proizvajajo, to so Portland cementi in Portland cementi z

dodatki.

Cement je pretežno sestavljen iz:

- kalcijevega oksida, silicijevega dioksida, aluminijevega oksida in železovega

oksida,

- dodatkov za reguliranje vezanja (sadra, anhidrid, sadrovec),

- naravnih in umetnih pucolanov.


2.4 Voda

Voda je nujno potrebna komponenta betonske mešanice, saj brez nje ne bi prišlo do

procesa vezanja in strjevanja betonske mešanice. Voda sveži betonski mešanici zagotavlja

potrebno viskoznost in omogoča učinkovito vgrajevanje ter zaključno obdelovanje betona

(Muravljov, 2000).

Voda ki je primerna za izdelavo betona mora, ustrezati standardu EN 1008.

- vodikov indeks (pH) mora biti v mejah 4.5-9.5,

- količina sulfata (SO4) ne presega 2700 mg/liter vode,

- količina klorovih ionov v vodi ne presega 300 mg/liter vode,

- indeks organskih sestavin, izražen po metodi oksidacije kot potrošek kalijevega

permangana (KMnO4) ne presega 200 mg/ liter vode,

- skupna količina soli,izražena kot suhi ostanek, ne presega 5000 mg/liter vode

(ta pogoj se ne nanaša na morsko vodo).

Zelo pomemben je vodocementni faktor, ki je razmerje med maso uporabljene vode in

maso uporabljenega cementa v betonski mešanici, in ima zelo velik vpliv na trdnost

betona. Večjo trdnost in obstojnost betona dosežemo z nižjim vodocementnim faktorjem,

hkrati pa dobimo težje vgradljivo betonsko mešanico. Z večjo količino dodane vode

dobimo bolj tekoči beton, kateri je lažje vgradljiv. Prevelika količina dodane vode lahko

vodi do segregacije peska in agregata od cementne paste. Vsa voda, ki ni bila porabljena

pri hidrataciji, izhlapi iz betona v času strjevanja. S tem se pojavi večje krčenje, posledično

pa notranje razpoke, ki vplivajo na trdnost betona.

2.5 Dodatki betonu

Betonom dodajamo razne mineralne in kemične dodatke, s katerimi izboljšamo lastnosti

svežega ali otrdelega betona. Dodatke dodajamo betonu v zelo majhnih količinah, od 1%

do 5% od skupne mase veziva, dodajamo jih ji lahko med ali pred mešanjem betonske

mešanice. S kemijskimi dodatki dosežemo posebne lastnosti betona, kot so večja

plastičnost, hitrejše vezanje, vodoneprepustnost, omogočijo nam tudi betoniranje v

neugodnih vremenskih razmerah.


Kemijske dodatke k betonu delimo na:

- plastifikatorje (superplastifikatorje,hiperplastifikatorje),

- aerante ali ustvarjalce zračnih por,

- pospeševalce ali zaviralce procesa vezanja betona

- dodatke za vezanje pri mrazu,

- zgoščevalce,

- barvila.

2.6 Hidratacija cementa

S tem ko smo cementu primešali vodo, se začne proces hidratacije cementa. Hidratacija

cementa je zapleten kemijsko fizikalni proces, kjer tekoča oziroma plastična cementna

pasta postopoma prehaja v trdno zmes. Hidratacija je v grobem sestavljena iz dveh faz.

Prva faza je proces vezanja, druga faza je proces strjevanja betonske mešanice. Čas

vezanja cementa poteka relativno hitro, začne se s tem, ko zmešamo vodo in cement, traja

pa dokler cementna pasta ne izgubi svoje plastičnosti. Proces strditve cementne paste je

dolgotrajen, traja lahko tudi nekaj let. V prvih nekaj dneh je zelo intenziven, sčasoma pa se

upočasni.

Hidratacija je odvisna od naslednjih parametrov:

- vodocementnega razmerja,

- finosti delcev in sestave cementa,

- količine mineralnih in kemijskih dodatkov,

- temperature.

Med procesom hidratacije nastaja toplota, imenovana hidratacijska toplota. Največja

količina toplote se sprosti v času vgrajevanja in zgodnjim obdobjem strjevanja. Merjenje

količine proizvedene toplote pri stalni temperaturi je lahko neposredni pokazatelj stopnje

hidratacije.

Na sliki 2.1je prikazan graf hidratacije cementa. Takoj ob mešanju se pojavi visok skok

temperature, ki traja samo nekaj minut (A). Temperatura se hitro spusti do nižje konstantne

vrednosti, mirujočega stanja, ki lahko traja eno ali dve uri. V tem času se navidezno

hidratacija cementa ustavi. Približno dve do štiri ure po mešanju cementa in vode se začne

stopnja toplote hitro dvigati. Vrh doseže nekje 10 ur po mešanju (B), sčasoma se reakcije v

cementni pasti upočasnijo. Včasih se po enem ali dveh dneh pojavi kratkotrajni dvig

toplote (C) (A.M. Neville, 2002).


Slika 2.1:Graf hidratacije cementa,(povzeto po A.M.Neville,2002)

2.7 Reciklaža odpadnih gum

V današnjem času predstavljajo izrabljene avtomobilske pnevmatike velik ekološki

problem. Predvsem zaradi njihovega kopičenja na odlagališčih in dolgega procesa

razgradnje. Prav zaradi tega se iščejo rešitve za reciklažo teh gum. Ena od možnih rešitev

je dodajanje delcev gume v cementne kompozite. Reciklaža odpadnih avtomobilskih gum

je zelo zapletena, saj so žveplove vezi v vulkanizirani gumi med seboj tako močno

povezane,da jih je nemogoče ločiti. Zato so se razvile različne metode predelave teh gum.

Najpogostejši metodi reciklaže odpadnih avtomobilskih gum sta reciklaža gume pri sobnih

pogojih (ambient reciklaža) in reciklaža gume s tekočim dušikom (kriogen reciklaža)

(Nudl,2010).

Z reciklažo odpadne gume dobimo delce različnih velikosti. Odpadne gume se lahko

razrežejo na drobce velikosti od 50,0 do 300,0 mm. Drobci se lahko glede na potrebo

predelajo v tako imenovane odkruške velikosti od 10,0 do 50,0 mm ali pa se zdrobijo še v

manjše delce poimenovane granulat velikosti od 0.5 do 15,0 mm. Možna je predelava tudi

v tako imenovan prah, kjer so zrna velikosti 0,0 do 0,5 mm.


Preglednica2.1: Poimenovanje produktov reciklaže odpadne gume

Naziv gumenih delcev v

angleškem jeziku

Velikost delcev gume

Shread- drobec 50,0-300,0 mm

Chips-odkrušek 10,0-50,0 mm

Granulat-zrno 0,5-15,0 mm

Powder-prah 0,0-0,5 mm

2.8 Beton z dodatkom reciklirane gume

Beton je krhek in neodporen na pojav nastajanja razpok zaradi krčenja cementnega kamna

in izsuševanja. Zaradi majhne natezne trdnosti in slabe deformabilnosti je beton še posebej

občutljiv na krčenje (Turansize, 2005). Za preprečitev nastanka razpok in zmanjšanja

krhkosti betona bi moral biti betonu dodan material z nizkim deformacijskim modulom.

Eden takšnih materialov je reciklirana guma s svojo nizko togostjo in elastičnostjo. Del

mineralnega agregata se nadomesti z reciklirano gumo. Beton z dodatkom reciklirane

gume se lahko močno deformira, še pred nastankom razpok. Nadomestitev dela agregata z

reciklirano gumo povzroči zmanjšanje tlačne, natezne in upogibne trdnosti (Toutanji,

1996). Znano pa je tudi, čim manjši so delci reciklirane gume, manj se zmanjšajo tlačna,

natezna in upogibna trdnost. Prednost takšnega betona je nižja lastna teža, izboljša se tudi

toplotna in zvočna izolativnost.

2.9 Možnost izboljšanja adhezije reciklirane gume s cementno matrico

Adhezija pomeni stanje, pri katerem sta dva različna materiala površinsko povezana med

seboj tako, da z uporabo mehanske sile ne pride ločitve teh dveh teles. Adhezijo med

cementno matrico in delci reciklirane gume mora zagotavljati trenje oz. strižne napetosti

po površini delcev reciklirane gume (Segre et al., 2006). Slabe mehanske karakteristike

betonskega kompozita so posledica premajhne adhezije, povečuje tudi možnost hitrejšega

nastanka in širjenja razpok v betonu.


Reciklirana guma na splošno vsebuje veliko različnih primesi kot so razna olja in

antioksidanti. Delce reciklirane gume lahko predhodno obdelamo z natrijevim hidroksidom

(NaOH), s katerim odstranimo nečistoče z površja gume. S tem se spremeni tudi kemična

sestava na površju gume, okrepi se površinska homogenost, kar posledično pomeni

povečano prosto površinsko energijo. S tem postopkom površinske obdelave delcev

reciklirane gume se izboljša adhezija med delci reciklirane gume in cementno matrico

(Segre, 2002).

2.10 Elektrofiltrski pepel

V termoelektrarnah pri zgorevanju premoga v pečeh nastaja stranski produkt pepel.

Poznamo dve vrsti pepela, pepel ki ostane na rešetkah se imenuje žlindra ali ogorki, katerih

količina se giblje nekje med 10 % do 20 %. Ostalih 80 % do 90 % pepela uhaja iz peči

skupaj z dimnimi plini. Ta pepel se ujame v električnih filtrih, s katerimi se filtrira dimne

pline, od tod tudi ime elektrofiltrski pepel.

EFP nastane pri visokih temperaturah v pečeh od 1100°C do 1200°C, redkeje tudi pri

1600°C. Bolj kot je konstantna dosežena temperatura pri zgorevanju premoga, bolj je

enakomernejša mineralna in kemijska sestava EFP. Lastnosti, sestava in struktura delcev

EFP so odvisne od sestave in strukture premoga ter procesa zgorevanja. Ločimo več vrst

EFP zaradi premoga, ki lahko vsebujejo različne primesi kemijskih elementov vezanih v

okside. V Sloveniji delimo EFP na dva tipa, glede na uporabljen premog v

termoelektrarnah in sicer EFP z manjšo vsebnostjo kalcija, ki nastaja pri kurjenju črnega

premoga (antracita) in pepel z veliko vsebnostjo kalcija, ki nastaja ob kurjenju lignita in

rjavega premoga.

Preglednica 2.2:Tabela splošnih povprečnih vrednosti kemijske sestave EFP(Lubej, 2011)

-

Kemijska sestava

EFP iz črnega (antracit)

premoga (m %)

EFP iz lignita (m %)

SiO2 48 38

Al2O3 28 22

Fe2O3 9 4

CaO 4 24

MgO 2 5

SO3 1 3

Žaro izgube 5 1


EFP je odpadni heterogeni prah, katerega delci so podobni zrnom cementa, vendar sta

oblika in velikost delcev zelo različni. EFP je sestavljen iz okroglih ali zaobljenih

steklastih delcev z vsebnostjo spremenljive količine silicijevih, aluminijevih in železovih

oksidov. Prisotni so tudi nepravilni in oglati delci, ki vsebujejo nezgorele delce premoga in

mineralne delce. Le del EFP se nahaja v kristalni obliki (Pogačnik, 2007).

EFP je pucolonski material, ki v primerjavi s cementnim klinkerjem vsebuje več

pucolonskih oksidov silicija, aluminija in železa ter manj kalcijevega oksida. EFP nastaja v

oksidacijskih pogojih tako kot Portland cement. Z EFP lahko nadomeščamo nekje do 30 %

količine cementa v betonski mešanici, mora pa ustrezati zahtevam standarda SIST EN

450.1:2005. Z EFP se poveča pretočnost betonske mešanice, s čimer se izboljša

obdelovalnost svežega betona. Pri strjenem betonu pa se zmanjša prepustnost betona in

krčenje. Dodatek EFP vpliva tudi na lastnosti strjene malte in injekcijske mase, saj

povečuje končno trdnost (Zajc, 2008).

EFP izboljša naslednje lastnosti betonskih mešanic:

- izboljšanje vezi med betonom in armaturo ali mikroarmaturo in betonom,

- znižanje prepustnosti betona,

- znižanje toplote hidratacije v procesu vezanja,

- znižanje ekspanzije, ki jo povzroča alkalna reaktivnost,

- zmanjšanje nagnjenosti k krvavenju,

- povečanje odpornosti betona proti sulfatni reakciji,

- zaviranje korozije armature v betonu.

2.11 Deformacije v cementni matrici

Deformacije, ki nastanejo v cementnem kompozitu v času strjevanja, so posledica

sprememb volumna zaradi vplivov okolja in kemijskih reakcij pri procesu hidratacije.

Deformacije lahko razdelimo v dve skupini:

- avtogene deformacije,

- inducirane deformacije.

Kot posledica kemijskih reakcij pri hidrataciji nastanejo avtogene deformacije v cementni

pasti, betonu ali malti. Avtogene deformacije delimo na nabrekanje in krčenje. Zrna

agregata predstavljajo oviro v cementni pasti, saj v njej povzročajo napetosti in s tem

nastanek avtogenega krčenja betona (Dela, 2000). Posledica avtogenega krčenja betona so

mikro in makro razpoke, s čimer se poslabša kvaliteta betona (Paillere, 1989). Kljub

velikemu zanimanju za avtogene deformacije še do danes v znanosti ni dogovora o

standardni metodi preizkušanja in enotnem poimenovanju.


Inducirane deformacije prav tako delimo na nabrekanje in krčenje. Nastanejo kot posledica

delovanja kemičnih in mineralnih dodatkov betonu in vplivov okolja. Eden takšnih

primerov nastopi takrat, kadar ni konstantne temperature med nego betona in s tem prihaja

do izmenjave plina in vode z okolico. Takrat pride do deformacij zaradi krčenja pri sušenju

cementnega kompozita. Takšne deformacije se lahko pojavijo pri vseh betonskih

konstrukcijah. Njihovo delovanje je lahko dolgotrajno in njihova velikost je lahko

sorazmerno velika (Ivanič 2011).

2.12 Krčenje

Krčenje cementnega kompozita (betona) je posledica spremembe volumna. Povzroči

časovno odvisno deformacijo, merjeno na neoviranem in neobremenjenem vzorcu pri

konstantni temperaturi. Pomembno je, da razlikujemo med plastičnim krčenjem, kemijskim

krčenjem ter krčenjem pri sušenju. Pri nekaterih vrstah betonov je opazno močno plastično

krčenje, ki se pojavi v svežem betonu, kar posledično lahko privede do pojava razpok med

samim procesom strjevanja. Razpoke se pojavijo zaradi kapilarnih napetosti. Takšnega

betona ni priporočljivo uporabljati pri konstrukcijskih elementih, kot so na primer plošče z

velikimi izpostavljenimi površinami (Ivanič 2011).

Krčenje betona v fazi sušenja pomeni zmanjšanje volumna, ki ga povzroči izguba vode

med samim procesom sušenja. Kemično krčenje povzročajo različne kemijske reakcije v

cementni pasti in vključuje tudi hidratacijsko krčenje. Hidratacijsko krčenje je povezano s

stopnjo hidratacije veziva v vzorcu, izoliranem od vplivov okolice.

Vsota komponent krčenja betona v fazi sušenje in kemičnega krčenja ponavadi predstavlja

deformacijo krčenja betona, ki se s časom povečuje. Krčenje je odvisno od dejavnikov, ki

vplivajo na sušenje betona. Na sušenje betona vpliva tudi relativna vlažnost in temperatura

zraka, karakteristike betonske mešanice (vrsta in količina veziva, vsebnost vode in

vodocementnega razmerja, razmerje med finim in grobim agregatom ter tip agregata) in

velikost ter oblika konstrukcijskih elementov (Ivanič 2011).


2.12.1 Krčenje zaradi kemijskih reakcij

Lastnosti cementne paste so odvisne od hidratacije cementa, ki je eksotermna kemijska

reakcija. Sprememba temperature, ki jo povzroči kemijska reakcija, ustvari spremembe

prostornine. Ker se prostornina reaktantov razlikuje od prostornine reakcijskih produktov,

kemijskih reakcij ne moremo zanemariti pri spremembah volumna cementne paste.

Ločimo več mehanizmov krčenja, ki jih povzročijo kemijske reakcije.

Glavni mehanizmi vključujejo:

- hidratacijsko krčenje,

- termično krčenje,

- kristalizacijsko nabrekanje,

- karbonatizacijsko krčenje,

- krčenje zaradi faznih sprememb,

- dehidratizacijsko krčenje.

Večji del teh mehanizmov ni direktno povezan z makroskopsko opazovanim raztezanjem

in krčenjem. Nekateri primeri sprememb prostornine, povzročeni zaradi kemijskih reakcij,

vodijo v povečanje ali zmanjšanje poroznosti ali stopnje zasičenosti. Kemično povzročene

spremembe prostornine povzroča temperatura. Kemijske reakcije pa na splošno pospeši ali

upočasni sprememba temperature.

2.13 Ekspanzija

Povečanje prostornine cementne paste, ki hidratizira v nasičenem okolju, je preiskoval že

Le Chatelier leta 1900. Njegova ugotovitev je, da je hidratacija cementa povezana z

zmanjšanjem absolutne prostornine in s hkratnim povečanjem navidezne prostornine.

Neville (2002) in drugi so ugotovili, da je nabrekanje betona in malt približno 10 krat

manjše kot pa nabrekanje cementne paste zaradi zrn agregata, ki predstavljajo oviro.

Nabrekanje cementnega kamna nastane zaradi rasti in pritiska hidratacijskih produktov, kot

so etringit in kristali CH. Etringit je mineral, ki nastane kot posledica reakcije med

kalcijevim aluminatom in kalcijevim sulfatom, ki ju vsebuje Portland cement. Ta reakcija

steče že po nekaj urah, ko primešamo cementu vodo. Reakcija je poznana kot zgodnja

tvorba etringita. Spremembe prostornine so pri tej reakciji pozitivne. Do pojava škodljivih

napetosti ne pride, saj beton še ni otrdel.

Zakasnela tvorba etringita se pojavi v hidratiziranem betonu po daljšem času. Zaradi te

kemijske reakcije pride do pozitivnih volumskih sprememb - nabrekanja. Nabrekanje je

lahko tako veliko, da lahko povzroči pojav razpok v betonu, posledično pa tudi razpad

betona (Lubej 2011).


Pomembni vplivni faktorji, ki povzročajo zakasnelo tvorbo etringita, so:

- izpostavljenost cikličnim spremembam – mokro /suho,

- visoka temperatura (več kot 70° C),

- prehajanje reaktantov skozi pore betona, ki so nasičene z vodo,

- obstoj mikrorazpok,

- kasnejše odpiranje razpok zaradi rasti kristalov etringita.

Vse metode katere raziskujejo DEF, temeljijo na dejstvu, da se vzorec hidratiziranega

cementnega kamna ali betona izpostavi vlažnemu okolju in temperaturi med 60 in 70° C.

Te metode so vse dolgotrajne (Fu test, Kelhamov test in Dugganov test). Zaradi DEF pride

do nabrekanja in napetosti, katere so kombinacija naslednjih mehanizmov:

- v hidratizirani pasti na nukleacijskih mestih pride do rasti kristalov etringita, kar

povzroči napetosti in nabrekanje (Diamond,1996; Johansen, 2002),

- meteorne in absobirane vode katere vplivajo na rast kristalov etringita, so vzrok za

širjenje obstoječih razpok (Collepardi, 1999),

- na mestih obstoječih mikrorazpok pride do rasti kristalov etringita, kar je posledica

za njihovo širjenje oz. odpiranje (Fu et.al.,1994).

2.14 Merjenje deformacij v cementni matrici

Merjenje deformacij v cementni matrici bazira na dveh metodah, to sta merjenje

prostorninskih deformacij in merjenje linearnih deformacij. Prostorninsko merjenje se

najpogosteje izvaja z gumijastim balonom, katerega napolnimo s svežo cementno pasto in

ga potopimo v vodo. Sprememba prostornine cementne paste je v tem primeru izražena s

spremembo prostornine izpodrinjene vode (Ivanič,2011). Aparat za prostorninsko merjenje

deformacije je prikazan na sliki 2.2.


Slika 2.2:Aparat za merjenje volumskih avtogenih deformacij cementne paste,

(povzeto po Setter in Roy, 1978)

Slika 2.3:Aparat za merjenje linearnih avtogenih deformacij cementne paste,

(povzeto po Ivanič, 2011)


Pri linearnem merjenju avtogenih deformacij se cementna pasta vgradi v togi kalup,

sprememba dolžine vzorca cementne paste pa je merjena s pomočjo merilne naprave, ki je

fiksirana na koncu vzorca. Aparat za merjenje linearnih avtogenih deformacij je prikazan

na sliki sliki 2.3.

Kljub temu, da sta obe eksperimentalni metodi že vrsto let v uporabi in bi naj dajali

podobne rezultate, temu ni tako. Prostorninska metoda merjenja daje do 5 krat večje

vrednosti krčenja kot pa linearna metoda (Barcelo e tal.,1999). Razloge za to neskladnost

rezultatov so raziskali med drugim tudi Baran in Buil (1979), von Breugel (2001), Barcelo

(1999) in Hammer e tal.,(2002). Ugotovljeno je bilo, da imata obe metodi svoje prednosti

in slabosti.

Ena od prednosti volumetrične metode je v tem, da se lahko začnejo izvajati meritve sveže

paste takoj po končanem mešanju. V plastičnem stanju se lahko izmerijo samo

prostorninske deformacije, ni pa mogoče izmeriti spremembe dolžine. Slaba stran

volumetričnih meritev je pomanjkanje stalnega kontakta med cementno pasto in

gumijastim balonom. Vzroka za oviranost kontakta sta lahko vodni film, ki ga tvori

neporabljena voda in ujet zrak na površini cementne paste. Prostornina cementne paste,

prostornina površinske vode in ujetega zraka predstavljajo prostornino gumijastega balona.

Med samim procesom hidratacije bosta voda in ujeti zrak vsrkana nazaj v cementno pasto

zaradi procesa kemičnega krčenja. Intenziteta kemičnega krčenja je veliko večja od

intenzitete avtogenih deformacij, prav zaradi tega lahko pride do precejšnjih napak pri

merjenju (Ivanič,2011).

Prednost linearne metode je čvrsto in nespremenljivo sidranje merilnih točk na vzorec

strjene cementne paste. Ena od pomanjkljivosti linearne metode je v tem, da se meritev

lahko začne izvajati le na že strjeni cementni pasti. Pomanjkljivost je tudi možnost oviranja

kristalizacije cementne paste med procesom hidratacije. Problem je v prešibkosti cementne

paste v prvih urah hidratacije, da bi premagala trenje na površini kalupa (Barcelo et

al.,1999). Z opažnim oljem, s katerim premažemo kalup, lahko zmanjšamo trenje.

Krvavenje cementne paste tudi vpliva na linearno metodo merjenja avtogenih deformacij,

saj se lahko neporabljena voda reabsorbira v vzorec cementne paste in povzroči ekspanzijo

po končanem strjevanju (Hammer e tal.,2002).

Kljub številnim težavam, ki so bile ugotovljene in tudi rešene, še vedno obstajajo razlike

med rezultati merjenj po linearni in volumetrični metodi. Volumetrična metoda naj bi

dajala od 3 do 5 krat večje rezultate meritev, kot pa linearna metoda, seveda v odvisnosti

od vrste cementne paste in eksperimentalnih pogojev (Barcelo et al.,1999).


3 EKSPERIMANTALNI DEL

3.1 Uporabljeni materiali

3.1.1 Cement

Pri mešanju cementne paste smo uporabljali cement oznake CEM I 42,5 R . Proizvaja ga

cementarna Lafarge Cement iz Trbovelj.

3.1.2 Elektrofiltrski pepel

Uporabili smo dve vrsti elektrofiltrskega pepela. Slika 3.1 prikazuje uporabljen pepel tipa

A v razsutem stanju. Na sliki 3.2 pa je prikazan elektrofiltrski pepel tipa B. Z

elektrofiltrskim pepelom smo nadomestili 30 % količine veziva v cementni pasti.

Slika 3.1:Elektrofiltrski pepel tipa A


Slika 3.2:Elektrofiltrski pepel tipa B

3.1.3 Delci reciklirane mlete gume

Uporabljeni so bili delci mlete gume iz avtomobilskih pnevmatik, dobavljeni iz podjetja

Bernjak betoni d.o.o iz Lenarta. Pridobljeni so bili s pomočjo reciklaže avtomobilskih

pnevmatik. Na sliki 3.3 so prikazani delci gume iz avtomobilskih pnevmatik frakcije 0-4

mm. Uporabili smo tudi gumene sekance kateri so bili pridobljeni iz podjetja Sava Kranj.

To so delci sestavljeni iz sintetične gume EPDM, EPM in SR. Slika 3.4 prikazuje delce

sintetične gume frakcije 0-8mm.


Slika 3.3:Delci gume iz avtomobilskih pnevmatik

Slika 3.4:Delci sintetične (EPDM, EPM, SR) gume


3.1.4 Voda

Pri izdelavi vzorcev smo uporabili pitno vodo iz Mariborskega vodovoda.

3.1.5 Aerant

Aeranti se najpogosteje dozirajo v količinah od 0,3-1% glede na maso cementa. V našem

primeru smo uporabili aerant Cementol ETA S Srpenica, dodali smo ga je 0,3 % glede

maso cementa.

Zaradi dodatka aeranta se v strukturi betona oblikujejo zračni mehurčki velikosti 0,01 do

0,3 mm. Razporejeni so enakomerno znotraj mase betona (cementnega kamna). Zračni

mehurčki prekinjajo mrežo finih kapilar v cementnem kamnu. Na ta način se zmanjšuje

kapilarno vpijanje vode v masi betona, v primeru zmrzovanja vode v masi betona pa

mehurčki zagotavljajo prostor za razširjanja ledu.

3.1.6 Tekoči dušik

Dušik je plin brez vonja, okusa in brez barve. Najdemo ga v vseh živih bitjih in rastlinah,

največ pa ga je v zraku. Dušik se pridobiva z ločevanjem od zraka. Pri temperaturi

-195,8° C se dušik utekočini. Tekoči dušik se uporablja kot tekoče zamrzovalno sredstvo.

Skladišči se lahko v mobilnih tlačnih posodah za utekočinjen plin – Dewarjevih posodah,

takšna posoda je prikazana na sliki 3.5.

Slika 3.5: Mobilna tlačna posoda za utekočinjen plin


3.2 Izdelava preizkušancev

Za preiskave je bila uporabljena receptura cementne paste iz recepture betona, ki je

podrobno obdelana v diplomskem delu – Lastnosti betonskih mešanic z vsebnostjo

gumenih sekancev in elektrofiltrskega pepela (Budja 2013).

Receptura za 0,2 l cementne paste:

mc=0,185 kg

mp=0,056 kg

mw=0,120 kg

maear.=0,00192 kg

mg=0,0185 kg

3.3 Priprava sveže cementne paste

Zgoraj navedene komponente smo vsako posebej stehtali na laboratorijski tehtnici. Po

tehtanju smo posamezne komponente dodali v posodo, v kateri je potekalo mešanje.

Predhodno smo zmešali vodo in aerant in ju dodali v posodo k ostalim komponentam.

Mešanje je potekalo z laboratorijskim mešalnikom, prikazanim na sliki 3.6. Sprva smo

mešali eno minuto pri hitrosti 140±10 obratov/min. Po preteku ene minute smo preklopili

na hitrost mešanja 280±10 obratov/min, kjer smo še mešali 2 minuti.


.

Slika 3.6:Laboratorijski mešalnik

3.3.1 Vgradnja vzorcev

Cementno pasto smo vgradili v kalup za gredice dimenzije 15/15/60 mm, ki je prikazan na

sliki 3.7. Kalupe smo predhodno premazali z opažnim oljem. Prvih 24 ur smo vzorce

negovali v kalupu, pokritem s polietilensko folijo. Po 24 urah smo vzorce razopažili in jih

hranili v klimatski komori s stalno temperaturo 20±2° C in relativno vlažnostjo zraka

98±2° C. Izdelali smo 24 vzorcev.

- 6 vzorcev cementne paste z gumo iz avtomobilskih pnevmatik in EFP tipa A

- 6 vzorcev cementne paste z gumo iz avtomobilskih pnevmatik in EFP tipa B

- 6 vzorcev cementne paste z EPDM gumo in EFP tipa A

- 6 vzorcev cementne paste z EPDM gumo in EFP tipa B

Slika 3.7: Kalup za gredice dimenzij 15/15/60 mm


Slika 3.8: Kalup napolnjen z pasto

3.4 Eksperimentalne metode

Za posamezne vzorce cementne paste smo uporabili naslednje okrajšave:

R1- cement + voda

R2- cement + voda + aerant

R3- cement +EFP tipa A + voda + aerant

R4- cement + EFP tipa B + voda + aerant

R5- cement + EFP tipa A + voda + aerant + delci gume iz avtomobilskih pnevmatik

R6- cement + EFP tipa B + voda + aerant + delci gume iz avtomobilskih pnevmatik

R7-cement + EFP tipa A + voda +aerant +delci sintetične (EPDM, EPM, SR) gume

R8-cement + EFP tipa B + voda +aerant +delci sintetične (EPDM, EPM, SR) gume

3.4.1 Določanje standardne konsistence z Vicatovim aparatom

Standardno konsistenco smo določili po določilih standarda SIST EN 196-3:2005

Standardna konsistenca je definirana kot masni odnos vode in cementa, s katero dobimo

cementno pasto plastične konsistence. Cementna pasta standardne konsistence ima

določeno odpornost proti vgrezanju standardnega jeklenega bata s predpisano maso in

premerom (10 mm), ki lahko prodre 4 do 7 mm v cementno pasto, merjeno od dna kalupa

napolnjenega s cementno pasto. Standardno konsistenco smo določali na štirih vrstah

cementne paste.


Slika 3.9:Vicatov aparat

3.4.2 Prostorninska obstojnost- Le Chatelierjev test

Glavni namen preizkusa je ocena nevarnosti pozne ekspanzije cementnega kamna zaradi

hidratacije nevezanega kalcijevega oksida in/ali magnezijevega oksida.

Preiskava je bila opravljena po določilih standarda SIST EN 196-3:2005

Slika 3.10:Le Chatelierjeva kopel in prstani


3.4.3 Sejalna analiza z mletjem delcev gume

Delci reciklirane gume iz avtomobilskih pnevmatik ter sintetične (EPDM, EPM, SR)

gume, kateri so bili dobavljeni, so bili za naše preiskave preveliki. Zato smo se odločili, da

jih bomo zmleli v fin prah. To smo naredili s pomočjo tekočega dušika in kavnega

mlinčka.

Najprej smo v posebej toplotno izolirano posodo (slika 3.11) nalili tekoči dušik. V posodo

smo dodali še delce gume, pustili toliko časa, da je tekoči dušik izhlapel, delci gume pa so

zamrznili. Potem smo zamrznjene delce gume vsuli v kavni mlinček kjer smo jih zmleli.

Ta postopek smo ponovili večkrat, da smo dobili delce želene velikosti, granulacije manjše

od 0,09 mm (slika 3.12), katere smo dodali cementni pasti, in delce granulacije 0,5-1,0mm

katere smo zavrgli. Sejalne krivulje smo določili s sejalno analizo pri kateri smo uporabili

sejalni aparat z pripadajočimi siti. Ker smo granulacijo dobavljenih delcev sintetične gume

že poznali, nismo naredili sejalne analize. Granulacija dobavljenih delcev sintetične

(EPDM, EPM, SR) gume pa znaša 0-8 mm. Velikosti odprtin posameznih sit so v

preglednici 3.2. Sejalne krivulje so prikazane na slikah 3.15in 3.16.

Preglednica 3.1:Sita z velikostjo odprtin

Sito Velikost odprtin na

situ (mm) 1 5

2 3,35

3 2

4 1,18

5 0,6

6 0,425

7 0,3

8 0,212

9 0,15

10 0,063


Slika 3.11: Toplotno izolirana posoda

Slika 3.12: Delci reciklirane gume granulacije manjši od 0,09mm


Slika 3.13: Sejalni aparat z pripadajočimi siti

3.4.4 Merjenje deformacij na cementni pasti

3.4.4.1 Izdelava merilne naprave

Za merjenje deformacij na cementni pasti smo uporabili, že predhodno narejeno posebno

merilno napravo, ki je prikazana na sliki 3.14. Ohišje merilne opreme je bilo narejeno iz

nelegiranega jekla (C60CK60) in sestavljeno iz ozkih jeklenih trakov. Merilni blok je bil

narejen iz jekla oznake X5 CrNi 189. Na merilni blok je bil nameščen merilni listič (strain

gauge) dimenzije 5/10mm kateri je bil povezan z polnim Wheastovim mostičkom za

merjenje specifičnih deformacij. Na nasprotni strani, merilnega bloka je bil nameščen

vijak, za čimbolj tesen stik med preizkušancem in merilnim blokom (Budja 2013).


Slika 3.14: Naprave za merjenje deformacij

3.4.4.2 Merjenje deformacij na vzorcih cementne paste

Za ta preizkus smo uporabili prizme dimenzij 15/15/60mm. Po 28 dneh starosti prizem,

katere so bile ta čas v klimatski komori s stalno temperaturo 20±2° C in relativno

vlažnostjo zraka 98 %, smo na njih izvedli Dugganov test po sledečem postopku:

- namakanje vzorcev 3 dni v demineralizirani vodi pri temperaturi 20±2° C

- sušenje 1 dan brez prisilne ventilacije pri temperaturi 81±2° C

- namakanje 1 dan v demineralizirani vodi pri temperaturi 20±2° C

- sušenje 1 dan brez prisilne ventilacije pri temperaturi 81±2° C

- namakanje 1 dan v vodi pri temperaturi 20±2° C

- sušenje 3 dni brez prisilne ventilacije pri temperaturi 81±2° C

Po končanem Dugganovem testu so bili vzorci dani v merilno napravo. Preizkus je potekal

v klimatski komori pri stalni temperaturi 20±2° C in relativni vlažnosti zraka 98%.

Rezultate merjenja deformacij je beležil računalnik, povezan z analogno - digitalnim

pretvornikom tipa Spyder proizvajalca Hottinger Baldwin Messtehnik.


3.5 Rezultati in diskusija

3.5.1 Rezultati sejalne analize delcev reciklirane gume

Sejalne krivulje smo določili s sejalno analizo. Slika 3.15 prikazuje sejalne krivulje za

reciklirano gumo iz avtomobilskih pnevmatik. Slika 3.16 pa prikazuje sejalni krivulji za

sintetično (EPDM, EPM, SR) gumo.

Slika 3.15: Sejalne krivulje za reciklirano gumo iz avtomobilskih pnevmatik

0

20

40

60

80

100

120

0.063 0.15 0.212 0.3 0.425 0.6 1.18 2 3.35 5

Dobljena guma izavtomobilskihpnevmatik

Grobo mleta gumaiz avtomobilskihpnevmatik

Fino mleta gumaiz avtomobilskihpnevmatik

Sito (mm)

Pre

sevek

(%

)


Slika 3.16: Sejalna krivulja za sintetično (EPDM, EPM, SR) gumo

3.5.2 Rezultati preizkusa standardne konsistence

Standardno konsistenco cementne paste smo določali s pomočjo Vicatovega aparata. Po

določilih standarda SIST EN 196-3:2005. V preglednici 3.2 so podani rezultati preizkusa.

Preglednica 3.2:Standardna konsistenca cementne paste

Vzorec mc(g) mw(g) mp(g) maer(g) mg(g) Ugrez

(mm)

R1 400 120 / / / 4

R2 400 120 / 1,2 / 6

R3 280 120 120 1,2 / 5

R4 280 120 120 1,2 / 6

R5 280 140 120 1,2 40 6

R6 280 140 120 1,2 40 7

R7 280 140 120 1,2 40 3

R8 280 140 120 1,2 40 4

0

20

40

60

80

100

120

0.063 0.15 0.212 0.3 0.425 0.6 1.18 2 3.35 5

Grobo mletaEPDM guma

Fino mletaEPDM guma

Sito (mm)

Pre

sevek

(%

)


3.5.3 Rezultati preizkusa prostorninske obstojnosti

Prostorninsko obstojnost cementne paste standardne konsistence smo preverjali z pomočjo

Le Chatelier-ovih prstanov. Na sliki 3.17 je prikazan diagram meritev vzorcev, v

preglednici 3.3 so pa prikazani rezultati preizkusa.

Za lažje označevanje meritev vzorcev smo uporabili okrajšave:

A - meritev narejena na 24 h starem vzorcu,pred kuhanjem

B - meritev narejena na 24 h starem vzorcu,po 3 urah kuhanja

C - razlika med meritvama (B-A)

Slika 3.17:Diagram meritev vzorcev prostorninske obstojnosti

Preglednica3.3:Prostorninska obstojnost vzorcev cementne paste

MERITVE

VZOREC A(mm) B(mm) (B-A) (mm)

R1 8,4 8,53 0,13

R2 6,7 6,8 0,1

R3 5,33 6,99 1,66

R4 6,53 7,83 1,3

R5 10,67 11,76 1,09

R6 7,58 8,36 0,78

R7 8,31 9,26 0,94

R8 6,66 7,29 0,69

0

2

4

6

8

10

12

14

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8

MER

ITEV

(m

m)

VZORCI

A

B

C


Po 3 urah kuhanja vzorcev cementne paste smo pričakovali nabrekanje, do česar je tudi

prišlo. Rezultati kažejo, da je velikost nabrekanja odvisna od vrste EFP. Vzorci katerim je

bila dodana fino mleta guma iz avtomobilskih pnevmatik in sintetične (EPDM, EPM, SR)

gume izkazujejo povprečno za 34% manjše nabrekanje proti drugim vzorcem katerim je bil

dodan samo EFP.

3.5.4 Rezultati merjenja deformacij na cementni pasti

Po izvedenem Dugganovem testu na prizmah iz cementnega kamna, smo zaradi poznane

rasti kristalov etringita pričakovali nabrekanje. Slika 3.18 prikazuje diagram deformacij za

oba obravnavana vzorca v obdobju merjenja 2 mesecev.

Slika 3.18:Diagram deformacij vzorcev cementne paste

Pri obeh vzorcih se je po pričakovanjih sprva pojavilo nabrekanje, katero kasneje preide v

krčenje. Proti koncu merjenja so se deformacije pri obeh vzorcih umirile sklepamo lahko,

da se je struktura stabilizirala. Iz diagrama je razvidno, da so deformacije pri vzorcu R8

manjše, kot pri vzorcu R7. Vzorec z oznako R8 ima dodan pepel tipa B, vzorec z oznako

R7 pa ima dodan pepel tipa A. V obeh primerih je vzorcu dodana sintetična guma in

dodatek aeranta.

0 10 20 30 40 50 60 70

Def

orm

acij

a (µ

m/m

)

Čas (dnevi)

Vzorec R7

Vzorec R8


3.5.5 Rezultati pregleda mikrostrukture delcev mlete gume z elektronskim

mikroskopom

V prvi fazi določanja mikrostrukture smo opravili pregled delcev mlete gume tako da smo

le te prilepili na ogljikov trak, jih naparili z zlatom in tako pripravljene mikroskopirali pri

nizkem vakuumu in napetosti 7 kV. Prikazani posnetki imajo 500 kratno povečavo. Za ta

pregled smo uporabili elektronski mikroskop QUANTA 3D, ker omogoča opazovanje pri

nizkem vakuumu.

Rezultati tega pregleda so prikazani na slikah 3.19, 3.20, 3.21 in 3.22.

Slika 3.19:SEM, SEI posnetek delcev mlete gume iz avtomobilskih pnevmatik



dodatno zmleta in separirana na delce manjše od 0,09 mm

Slika 3.21: SEM, SEI posnetek delcev mlete sintetične (EPDM, EPM, SR) gume – sekanci


Slika 3.22: SEM, SEI posnetek delcev mlete sintetične (EPDM, EPM, SR) gume, ki je bila

dodatno zmleta in separirana na delce manjše od 0,09 mm

Druga faza preiskav je obsegala določanje mikrostrukture vzorcev mlete gume granulacije

manj kot 0,09 mm, katero smo vmešali v cementno pasto. Za te preiskave smo uporabili

elektronski mikroskop SIRION 400NC, ki deluje pri visokem vakuumu, napetosti 10 kV.

Rezultati teh preiskav so prikazani na slikah 3.23, 3.24, 3,25 in 3.26 ki so narejene pri 200

kratni povečavi. Tudi v tem primeru smo vzorce predhodno naparili z zlatom.



delci mlete gume iz avtomobilskih pnevmatik, granulacije pod 0,09 mm ter EFP tipa A


delci mlete gume iz avtomobilskih pnevmatik, granulacije pod 0,09 mm ter EFP tipa B



delci mlete sintetične (EPDM, EPM, SR), granulacije pod 0,09 mm ter EFP tipa A


delci mlete sintetične (EPDM, EPM, SR), granulacije pod 0,09 mm ter EFP tipa B

Iz slik 3.23 do 3.26 je razvidno, da so se delci mlete gume dobro vmešali in vezali v

cementno matrico. Na poroznih mestih in nukleacijskim mestih katere predstavljajo

mehurčki od aeranta so zrastli drobni tanki in igličasti kristali etringita. V strukturi

cementne matrice so zelo pogosto opazni tudi delci mikrosilike.


4 SKLEPI

Znano je, da med strjevanjem cementne paste nastanejo deformacije. Katere so posledica

sprememb volumna zaradi kemijskih reakcij pri procesu hidratacije in vplivov okolja. Te

deformacije so lahko nabrekanje ali krčenje. Namen raziskav, ki smo jih opravili v

poglavju eksperimentalnega dela je bil proučiti možnosti zmanjšanja deformacij v

cementnem kamnu.

V nalogi smo raziskovali lastnosti cementne paste in njenih komponent.Pri raziskovanju

smo uporabili standardne in nestandardne laboratorijske preizkuse.

1) S sejalnimi analizami smo ugotovili, granulacijo delcev reciklirane gume po mletju:

Fino mleta guma iz avtomobilskih pnevmatik in sintetične (EPDM, EPM, SR)

gume je bila granulacije manjše od 0,09 mm, granulacija grobo mlete gume pa je

bila 0,5-1,0 mm.

2) Standardno konsistenco cementnih past brez dodatka fino mlete reciklirane gume

smo dosegli pri količini 120 g dodane vode. Pri cementnih pastah z dodatkom fino

mlete reciklirane gume pa pri 140g dodane vode.

3) Na podlagi rezultatov preiskav prostorninske obstojnosti je bilo ugotovljeno

nabrekanje cementne paste. Velikost nabrekanja je odvisna od vrste dodanega

EFP,vzorci z EFP tipa B izkazujejo manjše nabrekanje, kot vzorci z pepelom EFP

tipa A. Rezultati kažejo tudi zmanjšanje nabrekanja cementne paste, kjer je bila

dodana fino mleta reciklirana guma proti vzorcem brez dodatka fino mlete

reciklirane gume.

4) Meritve deformacij na cementnem kamnu, ki so posledica volumenskih sprememb

za obe recepturi kažejo tendenco nabrekanja prvih 12 do 15 dni po negovanju in

Dugganovem testu. Po tem času se tendenca zmanjša in nastopi faza krčenja, ki po

50 dneh preide v fazo stabilizacije. Zaključimo lahko, da z zelo majhni delci

reciklirane gume, ki so dodani v cementno pasto zmanjšamo nabrekanje in krčenje

cementnega kamna.

5) Na osnovi naštetih zaključkov menimo, da smo z opravljenim eksperimentalnim

delom potrdili v uvodu postavljeno hipotezo, ki se glasi, da bodo delci reciklirane

gume delovali kot majhne vzmeti in kompenzirali avtogeno krčenje sicer toge

cementne matrice. EFP tip A je z upoštevanjem vsebnosti reaktivnega CaO bolj

reaktiven od EFP tipa B. Na to dejstvo kažejo tudi izmerjene deformacije vzorcev –

vzorec z oznako R8, kateremu je primešan pepel tip B ima manjše deformacije kot

vzorec z oznako R7, ki vsebuje EFP tip A ob dejstvu, da so pri teh dveh vzorcih vse

preostale komponente popolnoma enake.


5 LITERATURA:

Barcelo L.,Boivin S.,Rigaud S.,Acker P.,Clavoud B.,Boulay C., 1999, Linear vs.

Volumetruc shrinkage measurement: Material behaviour or experimental artefact?

Proc.2th

Int.Res. Sem. On Self-desiccation and its Importance in concrete Tehnolgy, Lund,

109-125.

Budja M., : Lastnosti betonskih mešanic z vsebnostjo gumenih sekancev in

elektrofilterskega pepela,Fakulteta za gradbeništvo, diplomsko delo, Maribor 2013.

Collepardi M.,1999, A state-of- the art review on delayed ettringite atack on Concrete,

Cement and Concrete composites, Vol. 18.

Dela B.F.,2000, Eingenstresses in hardening concrete, Ph.D. thesis, Department of

Structural Engineering and Materials, The tehnical University of Dennmark, Lyngby.

Diamond S.,1996 :Delayed Ettringite Formation-Processes and problems, Cement and

Concret Composites, Vol.18.

Fekonja G. : Lastnosti betonskih mešanic z vsebnostjo gumenih sekancev in

elektrofilterskega pepela, Fakulteta za gradbeništvo,diplomsko delo, Maribor 2013

Fu Y., Xie P., Gu P., Beadin J.J.,1994, Significanceof Pre-existing cracks on Nucleation of

Secondary Ettringite in Steam-Cured Cement Paste, Cement and Concrete Research Vol.

24

Hammer T.A., Bjøntegard O.,Sellevold E.J.,2002,Measurement methods for testing of

early age autogenous strain.Early age cracking in cementitious systems ed. A. Bentur

RILEM TC 181-EAS Committe RILEM, Cachan, 234-245.

Ivanič A.,2011, Novi mehanizem vpetja vlaken v kompozitnih materialih, Doktorska

disertacija, Fakulteta za gradbeništvo, Univerza v Mariboru

Johansen V.C.,Klemn W.A.,Taylor P.C., 2002,Why Chemistry Matters in

Concrete,Concrete International

Lubej S.,2011, Utrjanje betona z zakasnelo tvorbo etringita, Doktorska

disertacija,Fakulteta za gradbeništvo,Univerza v Mariboru.

Muravljov M.,2000, Građevinski materiali,Građevinska knjiga 4.izd.,Beograd.

Nudl S.,2010, Uporaba reciklirane gume za nadomestilo agregatav betonski mešanici,

Fakulteta zagradbeništvo, diplomsko delo,Univerza v Mariboru


Pogačnik M.,Vpliv odlagališča elektofilterskega pepela termoelektrarne Trbovlje na

okolje, Filozofska fakulteta, Oddelek za geografijo, Diplomsko delo,Ljubljana 2007,str.13-

14

Segre N., Moteiro P.J.M.,Sposito G.,2002,Surface Characterization of Recycled Tire

Rubber to be used in Cement Paste Matrix, Journal of Colloid and Interface Science

248,(521-523)

Setter N.,Roy D.M.,1978, Mechanical featuresof chemical shrinkage of cement paste,

Cem. Conc. Res. 8(5), 623-634

Solina R.,: Uporaba reciklirane gume za proizvodnjo mrazoobstojnih betonov, Fakulteta

zagradbeništvo, Diplomsko delo, Maribor 2012

Šušteršič J., Vpliv lastnosti agregatov na lastnosti betonov,13 Slovenski kolokvij o

betonih-Agregati v betonu, Ljubljana 2006

Toutanji H.A.,The Use of Rubber Tire particles in concrete to replace Mineral

Aggregates,CementConcret Composites 1996,18:135-139

Turatsinze A., Bonnet S., Granju J.T.,Pontential of rubber aggregates to modify properties

of cement based mortars: Improvement in cracking shrinkage resistence,Construction and

Buildilg Materials 2007,21:176-181

Turatsinze A., Bonnet S., Granju J.T.,Mechanical Characterization of cement based

mortar incorporating rubber aggregates from recyled worn tyres,Building and

Environment 2005,401:221-226.

Zajc A.,2008: Kemijski in mineralni dodatki v tehnologiji betona,14 slovenski kolokvij o

betonih.Posebne lastnosti betonov z dodatki.Zbornik gradiv in referatov,Ljubljana

ucinek delcev mlete gume na kompenzacijo krcenja

Documents