Zaprawy i betony modyfikowane włóknami polipropylenowymi

Transkrypt

1 TECHNOLOGIA BETONU Właściwości reologiczne Zaprawy i betony modyfikowane włóknami polipropylenowymi Określono parametry reologiczne świeżych zapraw modyfikowanych włóknami polipropylenowymi (ZMWP) oraz mieszanek betonowych modyfikowanych włóknami polipropylenowymi (BMWP), takie jak granica plastyczności g oraz lepkość plastyczna h. Zaprawy i mieszanki betonowe modyfikowane włóknami polipropylenowymi zachowują się zgodnie z modelem Binghama lub nieliniowym modelem Herschela- Bulkley a. Parametry reologiczne określono wykorzystując dwa reometry jeden przeznaczony do zapraw a drugi do mieszanek betonowych. Zbadano wpływ takich czynników jak współczynnik w/c, dawka superplastyfikatora (SP), udział objętościowy i długość włókien na właściwości reologiczne ZMWP i BMWP. Tomasz Ponikiewski, Politechnika Śląska, Gliwice, Polska Beton modyfikowany włóknami (BMW) jest jednym z nielicznych betonów specjalnych, w przypadku których pomiar urabialności i proporcje składu mieszanki znacznie odbiegają od betonu zwykłego. Parametry włókien takie jak rodzaj, długość, kształt i ich zawartość w matrycy cementowej w znaczący sposób wpływają na urabialność, niezależnie od stosowanej metody pomiaru. Wpływ tych czynników nie został jeszcze wystarczająco zidentyfikowany i zba dany na modyfikowanych zaprawach i mieszankach betonowych. Modyfikowane świeże zaprawy mogą być postrzegane jako modele świeżych mieszanek BMW, Parametry badanych mieszanek. Etap Główny cel etapu Zmienne I Wpływ włókien 1. Współczynnik w/c: 0,47, 0,50, 0,53 polipropylenowych 2. Dawka superplastyfikatora: 1%, 1,5%, 2,0% na właściwości masy cementu reologiczne ZMW 3. Udział objętościowy włókien: 0,1%, 0,2%, 0,3% 4. Długość włókien: 6 mm, 12 mm, 19 mm II Wpływ włókien 1. Współczynnik w/c: 0,45, 0,47, 0,48 polipropylenowych 2. Dawka superplastyfikatora: 0,5%, 1,0%, 1,5% na właściwości masy cementu reologiczne BMW 3. Udział objętościowy włókien: 0,1%, 0,2%, 0,3% 4. Długość włókien: 6 mm, 12 mm, 19 mm Metoda kwadratów grecko-łacińskich 3 x 3 dla ZMWP i BMWP. Dawka super- Zaprawa (ZMPW) Dawka super- Mieszanka betonowa (BMWP) plastyfikatora / Współczynnik w/c / plastyfikatora / Współczynnik w/c / Długości włókien Udział obj. włókien [%] Długości włókien Udział obj. włókien [%] [mm] [mm] 0,47 0,1 0,50 0,2 0,53 0,3 0,45 0,1 0,47 0,2 0,48 0,3 1,0 6 A B C 0,5 6 A B C 1,5 12 B C A 1,0 12 B C A 2,0 19 C A B 1,5 19 C A B ale nie udowodniono, że wpływ parametrów włókien na właściwości reologiczne zapraw i mieszanek betonowych jest identyczny pod względem jakościowym. Skład mieszanki betonowej dobiera się tak, by spełnić wymagania dotyczące urabialności podczas procesu wznoszenia konstrukcji oraz wymagania dotyczące właściwości stwardniałego betonu. Urabialność świeżej mieszanki BMW jest tą właściwością, która determinuje jej homogeniczność i łatwość, z jaką można ją wy - pro dukować, ułożyć, zagęścić i wykończyć. Urabialność jest funkcją właściwości reologicznych mieszanki betonowej. Wpływ dodatku włókien polipropylenowych na parametry reologiczne ZMWP i BMWP jest bardzo istotny, choć przedstawiają go nieliczne publikacje [1-3]. Dodanie włókien powoduje pojawienie się problemów z urabialnością. Liczne przykłady badań poświęconych zastosowaniu włókien w mieszankach betonowych pokazują, że wyniki znormalizowanych badań są niewiarygodne i niejednoznaczne. W I etapie procedury badawczej dokonano identyfikacji reologicznej ZMWP i BMWP w oparciu o doświadczalne krzywe płynięcia oraz przyjęcie odpowiedniego modelu i równania reologicznego. Metody i materiały Wszystkie wartości granicy plastyczności i lepkości plastycznej to wartości średnie z pomiaru 3 próbek. Temperatura zarobów w trakcie pomiarów wynosiła 20±2 C. Do produkcji próbek wykorzystano cement portlandzki odporny na siarczany, tak zwany cement drogowy, CEM I MSR 42,5. Zaprawy i mieszanki betonowe były modyfikowane pod względem współczynnika w/c, zawartości superplastyfikatora, udziału ob - jętościowego i długości włókien. Do produkcji ZMWP wykorzystano piasek normowy zgodnie z PN EN 196:1996 CEN (maks. średnica ziaren 2 mm). Skład wszystkich badanych zapraw opierał się na znormalizowanych składach zapraw zgodnie z PN EN 196:1996 (piasek:cement 3:1 licząc masowo). Parametry badanych mieszanek przedstawiono w tabeli 1. W celu oszacowania wariancji granicy plastyczności g i lepkości plastycznej h zastosowano metodę kwadratów grecko-łacińskich 3 x 3 (tabela 2). Omówienie wyników Specyficzną metodą pomiaru jest analiza statystyczna w oparciu o metodę kwadratów grecko-łacińskich. W trakcie zaledwie 9 pomiarów z dwoma powtórzeniami analizie poddano 4 czynniki na 3 poziomach. Oznacza to, że każdy wynik analizowano pod kątem wpływu współczynnika w/c, 38 ZBI Zakłady Betonowe International

2 MC- PowerFlow Superplastyfikator do betonu towarowego Beton to waga ciężka. POWERFLOW to nokautujący cios. Wykorzystaj szansę i postaw na zwycięzcę wśród superplastyfikatorów! MC-PowerFlow to optymalna konsystencja betonu towarowego do momentu wbudowania bez późniejszych poprawek i bez kompromisów. Dzięki temu produkcja betonów towarowych jest efektywniejsza, a Państwa beton z MC-PowerFlow znokautuje konkurencję. INNOVATION IN BUILDING CHEMICALS

3 TECHNOLOGIA BETONU Analiza wariancji kwadratów grecko-łacińskich dla granicy plastyczności g i lepkości plastycznej h dla ZMWP. Źródło wariancji Analiza wariancji dla: GŁÓWNE WPŁYWY A: współczynnik w/c B: dawka superplastyfikatora C: udział objętościowy włókien D: długość włókien Pozostałe Suma d.f. Średni Statystyka Poziom Suma d.f. Średni Statystyka Poziom kwadratów kwadrat F istotności kwadratów kwadrat F istotności Granicy plastyczności g Lepkości plastycznej h 1184, , ,130 0, , ,333 73,569 0, , ,593 81,696 0,000 6, ,444 1,081 0,360 0, ,148 0,174 0,842 37, ,778 5,895 0,011 0, ,148 0,174 0,842 72, ,111 11,337 0,001 15, ,852 57, ,185 Analiza wariancji kwadratów grecko-łacińskich dla granicy plastyczności g i lepkości plastycznej h dla BMWP. Źródło wariancji Analiza wariancji dla: GŁÓWNE WPŁYWY A: współczynnik w/c B: dawka superplastyfikatora C: udział objętościowy włókien D: długość włókien Pozostałe Suma d.f. Średni Statystyka Poziom Suma d.f. Średni Statystyka Poziom kwadratów kwadrat F istotności kwadratów kwadrat F istotności Granicy plastyczności g Lepkości plastycznej h 3990, ,26 1,7946 0, , ,44 1,9897 0, , ,04 0,4030 0, , ,11 2,7428 0, , ,48 0,8297 0, , ,33 1,5988 0, , ,48 0,6741 0, , ,44 0,9897 0, , , d.f. (degrees of freedom) = stopnie swobody dawki superplastyfikatora (SP), udziału ob - jętościowego włókien oraz długości włókien na właściwości reologiczne ZMWP i BMWP. Wreszcie, określono parametry reologiczne ZMWP i BMWP przy aproksymacji modelem Bingahama. Nieliniowy model Herschela-Bulkley a był z fizycznego punktu widzenia niejednoznaczny (wartości poniżej zera dla granicy plastyczności g). Analizę wariancji kwadratów grecko-łacińskich (G-LSA) otrzymanych parametrów reologicznych dla ZMWP przedstawiono w tabeli 3. Analizę wariancji kwadratów grecko-łacińskich dla granicy plastyczności g i lepkości plastycznej h dla BMWP przedstawiono w tabeli 4. Na podstawie analizy statystycznej uzyskanych wyników dotyczących wpływu parametrów włókien stwierdzono, że tylko współczynnik w/c i dawka SP mają istotny wpływ na granicę plastyczności g badanych ZMWP. Ponadto stwierdzono, że współ czynnik w/c i długości włókien mają znaczący wpływ na lepkość plastyczną h badanych

4

5 Dodatek SP [%] Dodatek SP [%] TECHNOLOGIA BETONU dawki superplastyfikatora (SP) i współczynnika w/c, a) ZMWP, b) BMWP. ZMWP. Analiza wariancji pokazuje, że współczynnik w/c ma większy wpływ na gra nicę plastyczności g BMWP niż inne czynniki. Dawka SP ma największy wpływ na lepkość plastyczną h badanych BMWP. Wzrost dawki SP i współczynnika w/c po - woduje zmniejszenie granicy plastyczności g tylko w przypadku BMWP. Ponadto zaobserwowano wpływ innych zmiennych, takich jak udział objętościowy i długość włókien na granicę plastyczności g w przypadku ZMWP. Wnioski Wykazano, że dodatek fibrylowanych włókien polipropylenowych w świeżej zaprawie i mieszance betonowej wpływa na reologię tych kompozytów. Modyfikowana świeża zaprawa z dodatkiem włókien polipropylenowych nie może być postrzegana jako model świeżej mieszanki betonowej z tymi samymi włóknami polipropylenowymi. Udowodniono, że wpływ parametrów włókien na właściwości reologiczne za - praw i mieszanek betonowych nie jest taki sam. Analiza wariancji kwadratów greckołacińskich uzyskanych parametrów reologicznych dla ZMWP pokazała, że długości włókien mają istotny wpływ na lepkość plastyczną h badanych ZMWP. Analiza wariancji kwadratów grecko-łacińskich uzyskanych parametrów reologicznych dla BMWP pokazała, że udział objętościowy włókien ma większy wpływ na granicę plastyczności g i lepkość plastyczną h badanych BMWP niż długość włókien. Ekspert w smarowaniu viskomat NT Szybka i prosta ocena skuteczności domieszek? Jaki cement będzie kompatybilny z wybranym plastyfikatorem? Dzięki prostym pomiarom urządzeniem Viskomat NT uzyskasz szybką odpowiedź na te pytania. Schleibinger Geräte Teubert u. Greim GmbH Gewerbestraße 4, Buchbach, Niemcy Tel.: , Fax: info@schleibinger.com, simalube automatyczna smarownica jednopunktowa Zmniejsza koszty utrzymania Unikalna technologia Aplikacja przyjazna dla smart lubrication simatec ag Archiwum online dostępne bezpłatnie dla wszystkich prenumeratorów: 42 ZBI Zakłady Betonowe International

6 TECHNOLOGIA BETONU Udział obj. włókien [%] w/c Udział obj. włókien [%] w/c Wpływ udziału objętościowego włókien i współczynnika w/c, a) ZMWP, b) BMWP. Granica plastyczności g i lepkość plastyczna h badanych ZMWP i BMWP w znacznym stopniu zależą od właściwości reologicznych matrycy cementowej. Wpływ długości i udziału objętościowego włókien na właściwości reologiczne badanych ZMWP jest większy niż na właściwości reologiczne BMWP. M N Bibliografia [1] Szwabowski, J., Ponikiewski, T., `Rheological properties of fresh concrete with polypropylene fibres`, 3rd Inter national Conference: Concrete&Concrete Structures, Žilina, Slovak Republic, 2002, [2] Ponikiewski, T., Szwabowski, J., `Rheological properties of fresh fibre-concrete with application in highway engineering`, TRANSCOM 2003, 5th European Con ference of young research and science workers in transport and telecommunications, Žilina, Slovak Republic, [3] Ponikiewski, T., Szwabowski, J., `The influence of se -lected composition factors on the rheological properties of fibre reinforced fresh mortar`, in: Proc. Int. Symp. `Brittle Matrix Composites 7`, A.M.Brandt, V.C.Li, I.H.Marshall, Warsaw, 2003,