ZMIENNOŚĆ SORPCYJNOŚCI BETONU W CZASIE

Transkrypt

1 Wojciech KUBISSA 1 Roman JASKULSKI 1 ZMIENNOŚĆ SORPCYJNOŚCI BETONU W CZASIE 1. Wprowadzenie O trwałości konstrukcji wykonanych z betonu zbrojonego w szczególnym stopniu decyduje ich odporność na penetrację wody. Jest ona bowiem zarówno środowiskiem, które przyspiesza przebieg procesów korozyjnych, jak też medium transportującym do wnętrza elementów czynniki wywołujące korozję. Dlatego parametrem, który wydaje się być dobrym predykatorem trwałości konstrukcji betonowych oraz ich odporności na działanie czynników korozyjnych, jest sorpcyjność jako wielkość, która określa szybkość wnikania wody w beton. [1, 2, 3] Model sorpcyjnego wnikania wody w beton wraz z założeniami przyjętymi przy jego formułowaniu został szczegółowo przedstawiony w pracach [4, 5]. Natomiast metody badania sorpcyjności zostały opisane między innymi w pracach [4, 6, 7] oraz w normie [8]. Specyfiką prowadzonych dotychczas badań sorpcyjności jest to, że parametr ten wyznaczany jest w odniesieniu do młodego betonu na próbkach 28-dniowych. Nie było natomiast dotychczas prób określenia, jak kształtuje się sorpcyjność w starszym betonie, czyli czy i jak zmienia się jej wartość wraz z upływem czasu. Badania takie wydają się celowe, gdyż ich wyniki pozwoliłyby na odpowiedź na pytanie, czy sorpcyjność określona po 28 dniach od wyprodukowania betonu jest wielkością reprezentatywną i pozwala wnioskować o trwałości konstrukcji w całym okresie jej użytkowania. 2. Badania doświadczalne Badania przedstawione w pracy przeprowadzano na połówkach próbek sześciennych o krawędzi 150 mm metodą masową. Próbki przed badaniem były suszone do stałej masy w temperaturze około 100 C. Badania prowadzono w temperaturze około 20 C. Boczne powierzchnie były zaizolowane w celu zapewnienia, że woda będzie wnikała tylko przez jedną, dolną płaszczyznę, i że nie będzie odparowywała. Zabezpieczone próbki ważono, a następnie ustawiano w naczyniu z wodą, zanurzając je na głębokość około 3 mm. W określonych odstępach czasu od chwili rozpoczęcia badania ponownie próbki ważono, aby określić przyrost ich masy wywołany absorpcją wody. Kolejne ważenia prowadzono 1 dr inż., Politechnika Warszawska, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii

2 łącznie przez 6 godzin. Sorpcyjność S w g/(cm 2 h 0,5 ) wyznaczano jako współczynnik kierunkowy prostej wyrażającej zależność masy wchłoniętej wody m przez powierzchnię F od pierwiastka z czasu t 0,5 [7]: m S t F 0,5 (1) Badania przeprowadzono na czterech betonach cementowych. Do wykonania mieszanek betonowych wykorzystano cement CEM I w ilości od 200 do 500 kg/m 3, kruszywo żwirowo-piaskowe skomponowane z frakcji 0-2 mm i 2-16 mm zgodnie z zasadą doboru optymalnego stosu okruchowego oraz wodę wodociągową. Mieszanki charakteryzowały się wartościami współczynnika w/c w zakresie od 0,40 do 0,83. Średnia wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach wynosiła od 13 do 51 MPa. Próbki do badań formowane były w stalowych formach poddawanych dwukrotnie wibrowaniu na stole wibracyjnym. Po rozformowaniu próbki dojrzewały w wodzie przez 28 dni. Pierwszą turę badań rozpoczynano niezwłocznie po wyjęciu próbek z wody. Próbki umieszczano w suszarce, a sam pomiar sorpcyjności następował po wysuszeniu ich do stałej masy, co zajmowało od 7 do 9 dni. Na potrzeby badań sorpcyjności wykonano łącznie 168 próbek, po 42 sztuki z każdego betonu. Przeprowadzono 7 serii badań sorpcyjności odpowiednio po 28 dniach oraz po 2, 3, 6, 9, 12, i 24 miesiącach. Za każdym razem badano po 6 próbek każdego z betonów, obliczano wartości średnie i odchylenia standardowe uzyskanych wyników. Próbki w okresie poprzedzającym badanie przechowywane były w laboratorium. 3. Wyniki badań Otrzymane wyniki poddano statystycznym testom zgodności. Określano wartości statystyk t rozkładu t-studenta na podstawie wzoru (2): t X X 1 2, (2) 2 2 S1 S 2 gdzie: t - wartość statystyki testowej, X 1, X 2 - wartości średnie porównywanych prób, 2 2 S1, S2 - wariancje porównywanych prób. Do testów każdorazowo brano wartości początkowe sorpcyjności każdego z betonów oraz wartości ustalone po upływie kolejnych okresów czasu. Obliczone wartości statystyk porównywano z wartością krytyczną t kr, która przy liczebności prób n 1 = n 2 = 6 oraz liczbie stopni swobody k = = 10, przy założonym poziomie ufności p = 0,95 wynosi t kr = 2,228. Jako hipotezę zerową przyjęto założenie, że wyniki sorpcyjności w czasie nie różnią się w sposób statystycznie istotny od wyniku pomiaru po 28 dniach. W tablicy 1 podano obliczone wartości statystyk testowych. Wśród nich wytłuszczono te, które wskazują na konieczność odrzucenia hipotezy zerowej przy poziomie ufności p = 0,95. 6

3 Beton o wskaźniku w/c Tablica 1. Wartości statystyk testowych t Czas w miesiącach ,83 1,8406 2,5258 1,9175 1,8285 0,4419 2,0821 0,67 2,7801 2,9899 3,5092 0,6995 5,4598 4,0410 0,58 0,0072 0,8925 0,3824 0,2759 0,3565 0,5550 0,40 3,1126 2,1981 0,1861 0,9431 1,7317 1,9896 Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że tylko w wypadku betonu o w/c = 0,40, po okresie 2 miesięcy, wytłuszczony wynik dotyczy wzrostu sorpcyjności (rys. 4), której wartość w następnych pomiarach nie różni się istotnie od wartości po 28 dniach. W pozostałych wypadkach wytłuszczonych wartości ma miejsce spadek wartości sorpcyjności, co zmniejsza zagrożenie korozyjne. Poniżej (rys. 1 4) przedstawiono zależności uśrednionych wartości sorpcyjności S betonu w funkcji czasu wraz z przedziałami ufności, przy założonym poziomie ufności p = 0,95, przyjmując rozkład normalny wyników pomiarów. Rys. 1. Zmienność sorpcyjności w czasie - beton o w/c = 0,83

4 Rys. 2. Zmienność sorpcyjności w czasie - beton o w/c = 0,67 Rys. 3. Zmienność sorpcyjności w czasie - beton o w/c = 0,58

5 Rys. 4. Zmienność sorpcyjności w czasie - beton o w/c = 0,40 4. Podsumowanie Przeprowadzona analiza wyników badań wykazała, że większość pomiarów sorpcyjności badanych betonów przeprowadzonych w okresie 25 miesięcy, nie różni się w istotny sposób od wykonanych po 28 dniach. Wyniki różniące się istotnie przy poziomie ufności p = 0,95 z jednym wyjątkiem dotyczą zmniejszenia się sorpcyjności w porównaniu z pomiarem po 28 dniach. Wyjątek stanowi wynik pomiaru po 2 miesiącach dla betonu o w/c = 0,40, gdzie nastąpił wzrost sorpcyjności. Jednak w następnych okresach pomiarowych wyniki pomiarów sorpcyjności nie różnią się istotnie od pomiaru początkowego. Podsumowując, można stwierdzić na podstawie wyników przeprowadzonych badań, że sorpcyjność mierzona w przypadku młodego betonu jest reprezentatywna dla niego także w późniejszym okresie. Konieczne są jednak dalsze badania, które pozwolą powyższy wniosek dodatkowo zweryfikować. Literatura [1] ŚCIŚLEWSKI Z.: Ochrona konstrukcji żelbetowych. Arkady, Warszawa [2] KUBISSA W.: Sorpcyjność betonu a trwałość konstrukcji żelbetowych. Inżynieria i Budownictwo, nr 10/2010. [3] NEVILLE A.M.: Właściwości betonu. Polski Cement Sp. Z o.o., Kraków [4] KUBISSA W.: Sorpcyjność betonu jako parametr oceny trwałości konstrukcji żelbetowych. Praca doktorska, Politechnika Warszawska, [5] KUBISSA J., KUBISSA W.: O pomiarach sorpcyjności betonu. W: Problemy naukowobadawcze budownictwa. Politechnika Warszawska, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii, Płock 2010.

6 [6] PIETRZAK K.: Porównanie i ocena metod badania sorpcyjności betonu. Praca doktorska, Politechnika Warszawska, [7] PIETRZAK K., KUBISSA W., KUBISSA J., BANACH M.: O metodach pomiaru sorpcyjności betonu. W: Problemy naukowo-badawcze budownictwa. Politechnika Warszawska, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii, Płock [8] PN EN 1925 Metody badań kamienia naturalnego. Oznaczanie współczynnika nasiąkliwości kapilarnej. TIME VARIABILITY OF THE SORPTIVITY OF CONCRETE Summary In the article measurements of sorptivity were presented. They were performed not only, as usual, after 28 days, but also after longer periods of time (2, 3,6, 9, 12, 24 months) on samples made of the same concrete. Four different concretes were researched. Differences between the initial value of sorptivity and further measured ones were statistically tested. Results of measurements and tests proved that the initial value of sorptivity can be regarded as quite exact approximation of the further measured values of this parameter.