Betony elporytowe o matrycy cementowej

W artykule przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych w celu sprawdzenia, jaki wpływ na właściwości betonów o matrycy cementowej będzie miało zastosowanie stosu okruchowego skomponowanego z kruszyw odpadowych, w połączeniu ze spoiwem cementowym modyfikowanym dodatkami mineralnymi.

Specyficznym produktem towarzyszącym wszelkiej działalności człowieka są odpady, w tym również odpady przemysłowe. Do jednych z najbardziej uciążliwych dla środowiska zalicza się procesy wytwórcze związane z górnictwem węgla kamiennego oraz z bazującą na tymże paliwie energetyką zawodową. Wynika to z faktu, że obok podstawowego produktu powstaje również znaczna ilość uciążliwych odpadów (m.in. łupki hałdowe samoczynnie przepalone, popioły lotne). Nieprawidłowe zagospodarowanie tychże odpadów wiąże się w istotny sposób z degradacją środowiska naturalnego człowieka. Jednakże odpady z jednej strefy działalności gospodarczej człowieka mogą być ciekawą alternatywą surowcową w innych procesach wytwórczych cywilizacji ludzkiej. W istniejących warunkach terenów silnie zurbanizowanych i uprzemysłowionych, biorąc pod uwagę szczególnie silne zanieczyszczenie lokalnego środowiska naturalnego, wykorzystanie miejscowych materiałów odpadowych wymaga prowadzenia skrupulatnych badań i ustalenia ścisłych kryteriów oceny pod względem ich przydatności w szeroko pojętym budownictwie. Dotyczy to również odpadów przemysłowych wykorzystywanych na szeroką skalę w budownictwie komunikacyjnym oraz do rekultywacji zdegradowanych terenów (np. odpady pogórnicze i poelektrowniane).

Surowce składowe

W badaniach pilotażowych wykorzystano surowce składowe:
A) Standardowy stos okruchowy skomponowany z następujących kruszyw: elporytu [2] frakcji 0-2 mm (żużel elektrowniany), łupkoporytu ze zwałów [1] frakcji 2-4 mm (kopalnia węgla kamiennego) oraz kruszywa żużlowo-łupkowego frakcji 4-8 mm (stara hałda k. Rybnika) [1].
B) Cement portlandzki CEM I 32,5N.
C) Dodatki mineralne (frakcji 0-0,063 mm): mączka gliniana (glina ceglarska) [4], mączka piaskowa (piasek naturalny) [6] oraz mączka żużlowa (granulowany żużel wielkopiecowy) [5].
Matryca cementowa była modyfikowana wspomnianymi dodatkami mineralnymi. Stosunek spoiwa (cement dodatek mineralny) do standardowego stosu okruchowego jak 1:3 (wagowo). Konsystencja mieszanki betonowej constans.

Zakres i wyniki badań

W trakcie prowadzonego procesu badawczego wykonano próbki walcowe (H = Ø= 8 cm) z betonów serii „C30”, po 9 sztuk dla każdego składu:
C3/I – stosunek cementu portlandzkiego CEM I 32,5N do standardowego stosu okruchowego jak 1:3 (wagowo).
C3/IMG – skład wyjściowy jak dla C3/I, zmodyfikowany
poprzez zamianę 30% cementu na „mączkę” uzyskaną z przemiału gliny ceglarskiej (wagowo).
C3/IMP – skład wyjściowy jak dla C3/I, zmodyfikowany poprzez zamianę 30% cementu na „mączkę” uzyskaną z przemiału piasku naturalnego (wagowo).
C3/IMŻ – skład wyjściowy jak dla C3/I, zmodyfi kowany poprzez zamianę 30% cementu na „mączkę” uzyskaną z przemiału granulowanego żużla wielkopiecowego (wagowo). Po 28 dniach dojrzewania wzmiankowanych próbek w warunkach laboratoryjnych, zrealizowano następujące oznaczenia i badania wybranych cech technicznych (tab. 1):

  • Oznaczenie gęstości pozornej (P0).
  • Oznaczenie nasiąkliwości wagowej (nw).
  • Badanie wytrzymałości na ściskanie (fc).
  • Badanie porowatości otwartej metodą porozymetrii rtęciowej (Fwp & Vcp).
  • Wyznaczanie wartośći wskaźników aktywności promieniotwórczej (f1)

Gdzie: (Fwp/Vcp) – współczynnik kształtu porów. Określa się go stosunkiem powierzchni właściwej porów (Fwp) do objętości całkowitej porów (Vcp). Współczynnik ten można inaczej nazwać „zwartością” porów. Im większe pory, tym współczynnik (Fwp/Vcp) jest mniejszy. Wynika to z faktu, że przyrost objętości porów jest większy od przyrostu powierzchni tychże porów [6].

Tab. 1. Betony serii „C30” – stały stos okruchowy oraz ilość spoiwa równa constans

Podsumowanie

Jednym ze sposobów modyfikacji wybranych cech technicznych mieszanek betonowych i/lub betonów jest zastosowanie do betonu mineralnych dodatków, które są definiowane
– zgodnie z normą PN-EN 206 [5] – jako drobnoziarnisty,
nieorganiczny składnik stosowany w celu poprawy pewnych
właściwości tegoż betonu. Dodawany zazwyczaj w ilości
od 5% do 33% masy cementu. Dodatek może w znaczący
sposób poprawiać właściwości – o czym wspomniano
– zarówno mieszanki betonowej, jak i stwardniałego kompozytu betonowego. Norma PN-EN 206 [5] wyróżnia dwa rodzaje dodatków do betonu:
− Typu I – dodatki prawie obojętne chemicznie: mączka wapienna, pigmenty mineralne.
− Typu II – dodatki o właściwościach pucolanowych lub utajonych właściwościach hydraulicznych: pył krzemionkowy, popiół lotny krzemionkowy, granulowany żużel wielkopiecowy. Przeprowadzone badania miały na celu sprawdzenie, jaki wpływ na właściwości betonów o matrycy cementowej
będzie miało zastosowanie stosu okruchowego skomponowanego z kruszyw odpadowych, w połączeniu ze spoiwem cementowym modyfikowanym dodatkami mineralnymi. Przedstawione w niniejszym artykule wyniki badań wskazują wyraźnie, że omawiane betony są tworzywami lekkimi o znacznej nasiąkliwości masowej. Można je zakwalifikować do tzw. „chudych betonów” (wytrzymałość na ściskanie ok. 6-9 MPa). Niestety, ilość zastosowanego spoiwa znacznie przekracza wartość graniczną dla tego typu tworzyw (maks. 150 kg/1 m3). Jednocześnie można zauważyć, że wykorzystane modyfikatory matrycy cementowej w sposób istotny wpływają na zaprezentowane parametry porowatości otwartej betonów serii C30. Z kolei wskaźniki aktywności promieniotwórczej nie przekraczająnajmniejszych dopuszczalnych wartości normatywnych: f1 < 1 [3].

Piśmiennictwo
1. BN-6722-01:1969 Kruszywa mineralne. Lekkie kruszywo budowlane. Łupkoporyt ze zwałów.
2. BN-6722-08:1975 Kruszywa mineralne. Lekkie kruszywo budowlane. Elporyt.
3. Brunarski L., Dohojda M.: Badania promieniotwórczości naturalnej wyrobów budowlanych. „Poradnik ITB”, 455/2010, Warszawa 2010.
4. Lipowski L., Urban L.: Tworzywa cementowo-gliniane. „Budownictwo i Architektura”, Warszawa 1956.
5. PN-EN 206+A1:2016-12 Beton – Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność.
6. Rubin J.A.: Wpływ czynników materiałowych oraz technologicznych na ekshalację radonu z betonów o matrycy cementowej. Gliwice 2019.

Przeczytaj również: Wpływ perlitu ekspandowanego na zmianę wytrzymałości i parametrów cieplnych zaprawy z matrycą cementową

Wywiady

Wiktor Werfel: Najlepszym środkiem ochrony indywidualnej jest zdrowy rozsądek

Wiktor Werfel, Kierownik Ruchu Zakładu Górniczego, w rozmowie z redakcją czasopisma „Kruszywa” odpowiada na pytania dotyczące dozoru ruchu odkrywkowego zakładu górniczego. Omawia m.in. najważniejsze aspekty pracy KRZG, podpowiada, skąd czerpać wiedzę, by spełniać funkcje kierownika ruchu jak najlepiej oraz jak zapewnić bezpieczeństwo załogi zakł...

Relacje

Nasze strony wykorzystują pliki cookies. Korzystanie z naszych stron internetowych bez zmiany ustawień przeglądarki dotyczących plików cookies oznacza, że zgadzacie się Państwo na umieszczenie ich w Państwa urządzeniu końcowym. Więcej szczegółów w Polityce prywatności.