Modyfikacje betonu dodatkiem rozdrobnionego polipropylenu

Transkrypt

1 Modyfikacje betonu dodatkiem rozdrobnionego polipropylenu 99 Bogdan LANGIER, Krzysztof WERNER, W³odzimierz BARANOWSKI Politechnika Czêstochowska Modyfikacje betonu dodatkiem rozdrobnionego polipropylenu Streszczenie: Przedmiotem badañ by³a próba utylizacji polipropylenu poprzez wprowadzenie odpadów z polipropylenu do kszta³towania nowych w³aœciwoœci betonów. W pracy przedstawiono wyniki badañ wp³ywu dodatku w postaci rozdrobnionego polipropylenu na wybrane w³aœciwoœci betonów cementowych. Ocenie poddano beton wirowy, do sk³adu, którego wprowadzano od 5% do % dodatku tworzywa polimerowego. Zakres badañ obejmowa³ ocenê wp³ywu odpadów tworzywa polimerowego na w³aœciwoœci betonu a w szczególnoœci zmian wytrzyma³oœci na œciskanie, nasi¹kliwoœci i g³êbokoœci penetracji wody pod ciœnieniem. Eksperyment mia³ na celu wskazanie kierunku dalszych badañ nad wykorzystaniem dodatków z polipropylenowych odpadów produkcyjnych w technologii betonu. S³owa kluczowe: kompozyty cementowe, rozdrobniony polipropylen, wytrzyma³oœæ na œciskanie, nasi¹kliwoœæ, g³êbokoœæ penetracji wody pod ciœnieniem. MODIFICATION OF CONCRETE WITH ADDITION OF GRINDED POLYPROPYLENE Abstract: The subject of this research was the trial of polypropylene utilization and application of used polypropylene to forming properties of concrete. The results of investigation of grinded polypropylene addition influence on selected properties of cement concretes were presented in this work. Gravel concrete with 5 % addition of polymer was evaluated. The domain of the study was evaluation of influence of polymer discard on the properties of concrete, especially the change in compression strength, absorbability and depth of penetration of water under pressure. The aim of the experiment was to indicate further research directions with the use of polypropylene discard from production in technology of concrete. Keywords: cement composites, grinded polypropylene, compression strength, absorbability, depth of penetration of water under pressure. WSTÊP Stosowanie w du ej skali ró nego rodzaju dodatków, które modyfikuj¹ w³aœciwoœci mieszanki betonowej i cechy betonu [1] jest obecnie nowym trendem w technologii betonu. Przemys³ betonowy oferuje olbrzymie mo liwoœci zagospodarowywania odpadów przemys³owych []. Wszelkie dzia³ania maj¹ce na celu efektywne zagospodarowanie odpadów, przek³adaj¹ siê na zmniejszenie powierzchni sk³adowisk i koszt sk³adowania odpadów przemys³owych. Koncepcja produkcji betonu przyjaznego dla œrodowiska wpisuje siê w strategiê zrównowa onego rozwoju, która obecnie jest jednym z czynników determinuj¹cych rozwój gospodarczy. Wprowadzanie odpadowych tworzyw do sk³adu betonu umo liwia zagospodarowanie materia³ów, które s¹ du ym problemem dla ochrony œrodowiska naturalnego. Opis prób doœwiadczalnych oraz oceny mo liwoœci wykorzystania odpadów jest opisany w literaturze np. w publikacjach [,,5]. Wzrastaj¹ce wymagania stawiane m.in. konstrukcjom budowlanym wymagaj¹ od technologów poszukiwania materia³ów o coraz korzystniejszych w³aœciwoœciach [6,7,8]. Zastosowanie rozdrobnionego polipropylenu mo e pozwoliæ na uzyskanie kompozytu posiadaj¹cego stosunkowo wysokie w³aœciwoœci u ytkowe [9]. PRZETWÓRSTWO TWORZYW (lipiec sierpieñ) 1

2 Bogdan LANGIER, Krzysztof WERNER, W³odzimierz BARANOWSKI 1. BADANIA DOŒWIADCZALNE Wybrane w³aœciwoœci charakteryzuj¹ce tworzywo polipropylenowe, z którego po rozdrobnieniu pozyskano dodatek by³y nastêpuj¹ce: gêstoœæ 9 kg/m, temperatura miêknienia w aparacie Vicata (1N) 15 C, granica plastycznoœci przy rozci¹ganiu (5 mm/min) MPa, wytrzyma³oœæ na zginanie MPa. Tab. 1. Sk³ad badanych serii mieszanek betonowych Seria Sk³adnik, kg/m 1 Cement (CEM I,5R) Woda Kruszywo ( wirowe) Superplastyfikator (% m.c.) 1,75 (,6) 1,75 (,6),5 (1,) 5,6 (1,8) 7, (,5) Polipropylen (% m.c.) ( ) 1,6 (5%) 9, (1%),8 (15%) 58, (%) Celem podjêtych badañ by³a ocena przydatnoœci odpadów produkcyjnych w postaci rozdrobnionego polipropylenu (PP) jako sk³adnika betonu. Sprawdzenie i ocena mo liwoœci wykorzystania PP w technologii betonu obejmowa³o badania wybranych cech betonów z ró n¹ zawartoœci¹ dodatku. Badaniom poddano serie betonów modyfikowanych dodatkiem rozdrobnionego polipropylenu. Sk³ad badanych mieszanek betonowych zestawiono w tabeli 1. Beton wyjœciowy (seria oznaczona jako ), zosta³ zaprojektowany metod¹ doœwiadczaln¹ dla za³o onego stosunku cementowo-wodnego C/W=1,9. Do betonu serii kontrolnej (), wprowadzono na etapie przygotowania mieszanek, rozdrobniony polipropylen w iloœci 5, 1, 15 i % w stosunku do masy cementu. Wraz ze wzrostem iloœci dodatku, w celu utrzymania tej samej konsystencji i urabialnoœci betonu, nale a³o zwiêkszaæ iloœæ domieszki up³ynniaj¹cej. Dla ka dej serii modyfikowanej PP, wykonano badania: konsystencji mieszanki betonowej metod¹ sto ka opadowego, zawartoœci powietrza metod¹ ciœnieniow¹, gêstoœci betonu, wytrzyma³oœci na œciskanie, kapilarnego podci¹gania wody pod ciœnieniem oraz nasi¹kliwoœci. Do badañ przygotowano 11 próbek szeœciennych z ka dej serii, o boku 15 mm, które zosta³y przebadane po 8 dniach dojrzewania w warunkach laboratoryjnych zgodnie z norm¹ [1]. Wielkoœæ ziaren PP waha³a siê w granicach d=,,5 mm. Informacje dotycz¹ce danych technicznych o tworzywie i jego przetwórstwie zawiera publikacja [11].. WYNIKI BADAÑ I ICH OMÓWIENIE Ocena konsystencji Badania wykonano zgodnie z norm¹ [1], metod¹ sto ka opadowego. Wyniki oznaczania stopnia ciek³oœci badanych mieszanek betonowych przedstawiono w tabeli. Tab.. Konsystencja mieszanek betonowych Seria 1 Opad sto ka [mm] Klasa konsystencji S1 S1 S1 S1 S1 We wszystkich badanych seriach, ciek³oœæ mieszanki betonowej mierzona opadem sto - ka, zawiera siê w granicach od 1 do 17 mm, co œwiadczy o uzyskaniu klasy konsystencji S1. Dodawanie coraz wiêkszej iloœci rozdrobnionego polipropylenu, wp³ywa³o na pogarszanie siê urabialnoœci mieszanki betonowej. Wyma- PRZETWÓRSTWO TWORZYW (lipiec sierpieñ) 1

3 Modyfikacje betonu dodatkiem rozdrobnionego polipropylenu 1 ga³o to stosowania coraz wiêkszej iloœci superplastyfikatora. Ocena nasi¹kliwoœci betonu Badanie nasi¹kliwoœci betonu przeprowadzono na próbkach szeœciennych o boku 15 mm wed³ug metody przedstawionej w normie [1], a wyniki badania przedstawiono w tabeli. Zawartoœæ powietrza, %,5,5,8 1 Rys. 1. Wyniki badania zawartoœci powietrza w mieszance betonowej,9,7,1 Tab.. Wyniki badania nasi¹kliwoœci Seria 1 Masa w stanie suchym [kg] Masa po nasyceniu wod¹ [kg] 7,71 8,8,8 7,7 8,1,8 7,6 7,88, 7,51 7,8,9 7,1 7,5 5, 7,15 7,51 5, 7,1 7,5,9 6,98 7, 5, 7,6 7,1,5 6,95 7,,6 Nasi¹kliwoœæ wagowa [%] Dodanie rozdrobnionego polipropylenu w iloœci 5% wp³ynê³o na zmniejszenie nasi¹kliwoœci badanego betonu z,8% (seria ) do,7% (seria 1). Dalsze zwiêkszenie iloœci PP powodowa³o wzrost nasi¹kliwoœci do wartoœci 5% (seria i ), jednak seria z dodatkiem PP w iloœci % pozwala³a na uzyskanie najni szej nasi¹kliwoœci wagowej, która wynios³a,6%. Ocena zawartoœci powietrza w mieszance betonowej Badanie zawartoœci powietrza wykonano dwukrotnie na ka dej mieszance betonowej, metod¹ ciœnieniow¹ zgodnie z norm¹ [1], a wartoœæ œredni¹ przedstawiono na rysunku 1. Obecnoœæ rozdrobnionego PP w badanych seriach, wp³ynê³a nieznacznie na zmianê ca³kowitej zawartoœci powietrza. Maksymalna zastosowana iloœæ PP (seria ) spowodowa³a,8,7 5, 5,,6 uzyskanie najni szej zawartoœci powietrza wynosz¹cej,1%. Jednoczeœnie w serii stwierdzono maksymaln¹ ró nicê pomiêdzy pojedynczymi badaniami. W próbie 1 uzyskano,9% natomiast w próbie odnotowano,%. Uzyskana mieszanka by³a bardzo ma³o urabialna co prze³o y³o siê na wynik badania. Ocena gêstoœci objêtoœciowej Badanie gêstoœci badanych betonów przeprowadzono zgodnie z norm¹ [15]. Wyniki przedstawiono w tabeli. Tab.. Wyniki badania gêstoœci objêtoœciowej Seria 1 Masa próbki [kg] Gêstoœæ [kg/m ] 7,71 8 7,7 9 7,6 6 7,51 7,1 1 7,15 1 7,1 1 6,98 7 7,6 9 6,95 6 Gêstoœæ œrednia [kg/m ] W badaniach stwierdzono stopniowy spadek gêstoœci wraz ze zwiêkszaj¹cym siê udzia- ³em zawartoœci PP w betonie. Seria kontrolna uzyska³a gêstoœæ 85 kg/m, i wprowadzanie PP spowodowa³o spadek gêstoœci do wartoœci 7 kg/m w serii. PRZETWÓRSTWO TWORZYW (lipiec sierpieñ) 1

4 Bogdan LANGIER, Krzysztof WERNER, W³odzimierz BARANOWSKI Ocena wytrzyma³oœci na œciskanie Badania wytrzyma³oœci na œciskanie f c przeprowadzono w Laboratorium Materia³ów Budowlanych Ocenê betonów przeprowadzono na kostkach szeœciennych o boku 15 mm, po 8 dniach dojrzewania w warunkach laboratoryjnych zgodnie z norm¹ [16]. Uzyskane wyniki badañ oraz klasyfikacjê wytrzyma³oœciow¹ przedstawiono w tabeli 5. Tab. 5. Wyniki badania wytrzyma³oœci na œciskanie seria f ci f cm Klasa wytrzyma³oœci 1 9,6,, 5,,5,1 8,9 8, 7,1 5,1,1 1,9,1 6,8, 1,6 C/7, C/7 8, C5/, C/5,7 C/5, 5 1,6 8, 5,, A 1 Rys.. Œrednia wytrzyma³oœæ na œciskanie badanych serii betonów fc [MPa] Na rysunku przedstawiono wartoœci œrednie wytrzyma³oœci na œciskanie badanych serii betonów z dodatkiem rozdrobnionego polipropylenu. Seria kontrolna uzyska³a œredni¹ wytrzyma³oœæ na œciskanie równ¹ 1,7 MPa, natomiast dodanie PP w iloœci 5%, wp³ynê³o na zwiêkszenie œredniej wytrzyma³oœci do wartoœci, MPa. Zwiêkszanie iloœci py³u polipropylenowego w pozosta³ych seriach wp³ynê³o negatywnie na badan¹ wytrzyma³oœæ na œciskanie. Ocena g³êbokoœci penetracji wody pod ciœnieniem Badanie przeprowadzono zgodnie z norm¹ [17]. Wyniki oznaczania przedstawiono w tabeli 6. Rys.. Stanowisko do badania wytrzyma³oœci na œciskanie betonu PRZETWÓRSTWO TWORZYW (lipiec sierpieñ) 1

5 Modyfikacje betonu dodatkiem rozdrobnionego polipropylenu a) b),95 Zawartoœæ powietrza, %,9,85,8,75,7 1,8 Nasi¹kliwoœæ [%] 5,5,5,8 1,7 c) 1 d) G³êbokoœæ penetracji wod¹ pod ciœnieniem [mm] Œrednia wytrzyma³oœæ na œciskanie [MPa] 5 1 1,6 1 Rys.. Porównanie wybranych wyników badañ serii kontrolnej i modyfikowanej dodatkiem 5% PP, Tab. 6. G³êbokoœæ penetracji wody pod ciœnieniem Seria 1 G³êbokoœæ penetracji wod¹ [mm] Obecnoœæ PP w badanych betonach nie wp³ynê³a w istotny sposób na uzyskane wyniki badania. Podsumowanie Przeprowadzone badania potwierdzaj¹, e dodatek PP w postaci rozdrobnionej, który jest opadem poprodukcyjnym mo e byæ stosowany jako dodatek w³aœciwy dla uzyskania poprawy jakoœci betonu. W szczególnoœci poprawy jego szczelnoœci, cech mechanicznych co wp³ynie na zwiêkszenie trwa³oœci elementów i konstrukcji betonowych. Na rysunku porównano wybrane wyniki badania betonów serii kontrolnej oraz serii z dodatkiem rozdrobnionego polipropylenu w iloœci 5% (seria 1), dla której uzyskano poprawê badanych cech. Uzyskana w badaniach zawartoœæ powietrza w mieszance betonowej zmniejszy³a siê z do,8 %, co wp³ywa na zwiêkszenie szczelnoœci betonu. Odnotowano spadek nasi¹kliwoœci z,8 do,7 %. Podobn¹ zale noœæ zaobserwowano podczas badania g³êbokoœci penetracji wod¹ pod ciœnieniem. Równie w badaniu wytrzyma³oœci na œciskanie stwierdzono poprawê a wytrzyma³oœæ zwiêkszy³a siê z 1,7 MPa w serii kontrolnej do wartoœci, MPa w serii 1. Konieczne s¹ dalsze badania maj¹ce na celu sprawdzenie mo liwoœci i warunków efektywnego zastosowania rozdrobnionego polipropylenu PP jako dodatku do betonu. Literatura 1. Czarnecki L., ukowski P., Wp³yw domieszek i dodatków polimerowych na trwa³oœæ betonu, Materia³y konferencyjne, VIII Konferencja DNI BETONU 1, Wis³a. Wczelik-Nocuñ W., Beton materia³ przyjazny œrodowisku, Materia³y konferencyjne, VIII Konferencja DNI BETONU 1, Wis³a. Dêbska B., Modyfikacja betonów i zapraw polimerowych odpadami z tworzyw sztucznych, Izolacje /9, str Czarnecki L., ukowski P., Betony polimerowo-cementowe, Cement Wapno Beton 5/1, -58 PRZETWÓRSTWO TWORZYW (lipiec sierpieñ) 1

6 Bogdan LANGIER, Krzysztof WERNER, W³odzimierz BARANOWSKI 5. Report on polimer-modified concrete, Report of ACI Committee 58, ACI Publication nr 58. R-9, Farmington Hillls, USA, 9 6. Izbicka J., Michalski J., Kompozyty, laminaty, tworzywa sztuczne stosowane w technice, Prace Instytutu Elektroniki, Nr 8/6, Warszawa 6 7. B³a ejewski W., G¹sior P., Kaleta J., Kamyk Z., Krzysak R., Rybczyñski R., Koncepcja konstrukcji noœnej lekkiego kompozytowego mostu p³ywaj¹cego do transportu ko³owego. Autobusy 6/1, str German J., Podstawy mechaniki kompozytów w³óknistych. Politechnika Krakowska 1 9. Nevill A. M., W³aœciwoœci Betonu, Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków 1 1. PN-EN 19- Badania betonu Czêœæ : Wykonanie i pielêgnacja próbek do badañ wytrzyma³oœciowych 11. Sikora R., Przetwórstwo tworzyw wielkocz¹steczkowych, Wydawnictwo Edukacyjne Zofii Dobkowskiej, Warszawa 7 1. PN-EN 15- Badania mieszanki betonowej Czêœæ : Badanie konsystencji metod¹ opadu sto ka 1. PN-88/B-65 Beton zwyk³y 1. PN-EN 15-7 Badania mieszanki betonowej Czêœæ 7: Badanie zawartoœci powietrza 15. PN-EN 19-7 Badania betonu Czêœæ 7: Gêstoœæ betonu 16. PN-EN 19- Badania betonu Czêœæ : Wytrzyma³oœæ na œciskanie próbek do badania 17. PN-EN 19-8 Badania betonu Czêœæ 8: G³êbokoœæ penetracji wody pod ciœnieniem PRZETWÓRSTWO TWORZYW (lipiec sierpieñ) 1